二氧化碳的性質(zhì)

二氧化碳的性質(zhì)、用途及可能的減排措施性質(zhì)：二氧化碳是空氣中常見(jiàn)的化合物，碳與氧反應(yīng)生成其化學(xué)式為CO2,一個(gè)二氧化碳分子由兩個(gè)氧原子與一個(gè)碳原子通過(guò)共價(jià)鍵構(gòu)成，常溫下是一種無(wú)色無(wú)味氣體，密度比空氣大，能溶于水，與水反應(yīng)生成碳酸，不支持燃燒。固態(tài)二氧化碳?jí)嚎s后俗稱為干冰氧化碳被認(rèn)為是加劇溫室效應(yīng)的主要來(lái)源。常溫下是一種無(wú)色無(wú)味氣體，密度比空氣略大（1.977g/L，所以實(shí)驗(yàn)室收集二氧化碳可用向上排空氣法），能溶于水，沒(méi)有閃點(diǎn)。無(wú)色無(wú)味，液體狀態(tài)表面張力：約3.0dyn/cm密度：1.816kg/m3粘度：比四氯乙烯粘度低得多，所以液體二氧化碳更能穿透纖維。二氧化碳分子結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，化學(xué)性質(zhì)不活潑，不會(huì)與織物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它沸點(diǎn)低（-78.5°C），常溫常壓下是氣體。加壓降溫可得無(wú)色CO2液體，再降溫可得雪花狀固體，再壓縮可得干冰，干冰達(dá)到-78.5C,會(huì)升華成為氣體CO2,不會(huì)形成CO2液體。干冰不是冰，是固態(tài)二氧化碳。用途：二氧化碳可注入飲料中，增加壓力，使飲料中帶有氣泡，增加飲用時(shí)的口感，像汽水、啤酒均為此類的例子。固態(tài)的二氧化碳（或干冰）在常溫下會(huì)氣化，吸收大量的熱，因此可用在急速的食品冷凍。二氧化碳的重量比空氣重，不助燃，因此許多滅火器都通過(guò)產(chǎn)生二氧化碳，利用其特性滅火。而二氧化碳滅火器是直接用液化的二氧化碳滅火，除上述特性外，更有滅火后不會(huì)留下固體殘留物的優(yōu)點(diǎn)。二氧化碳也可用作焊接用的保護(hù)氣體，其保護(hù)效果不如其他稀有氣體（如氬），但價(jià)格相對(duì)便宜許多。二氧化碳激光是一種重要的工業(yè)激光來(lái)源。二氧化碳是植物光合作用的主要碳源，可以用作植物溫室的氣體肥料和水草缸水族箱的肥料。二氧化碳可用來(lái)釀酒，二氧化碳?xì)怏w創(chuàng)造一個(gè)缺氧的環(huán)境，有助于防止細(xì)菌在葡萄生長(zhǎng)。二氧化碳可控制pH值，游泳池加入二氧化碳以控制pH值，加入二氧化碳從而保持pH值不上升。二氧化碳可用于制堿工業(yè)和制糖工業(yè)。二氧化碳可用于塑料行業(yè)的發(fā)泡劑。干冰可以用于人造雨、舞臺(tái)的煙霧效果、食品行業(yè)、美食的特殊效果等。干冰可以用于清理核工業(yè)設(shè)備及印刷工業(yè)的版輥等。干冰可以用于汽車、輪船、航空、太空與電子工業(yè)。液體二氧化碳通過(guò)減壓變成氣體很容積和織物分離，完全省去了用傳統(tǒng)溶劑帶來(lái)的復(fù)雜后處理過(guò)程。液體CO2和超臨界CO2均可作為溶劑，盡管超臨界CO2具有比液體CO2更高的溶解性（具有與液體相近的密度和高溶解性，并兼?zhèn)錃怏w的低粘度和高滲透力）。但它對(duì)設(shè)備的要求比液體CO2高。綜合考慮機(jī)器成本與作CO2為溶劑，溫度控制在15C左右，壓力在5MPa左右。現(xiàn)國(guó)內(nèi)外正在致力于發(fā)展一種新型二氧化碳利用技術(shù)一一CO2超臨界萃取技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)可生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，可提取過(guò)去用化學(xué)方法無(wú)法提取的物質(zhì)，且廉價(jià)、無(wú)毒、安全、高效。它適用于化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)。二氧化碳在溫度高于臨界溫度(Tc)31r、壓力高于臨界壓力(Pc)3MPa的狀態(tài)下，性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，其密度近于液體，粘度近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的100倍，因而具有驚人的溶解能力，用它可溶解多種物質(zhì)，然后提取其中的有效成分，具有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)提取有效成份的方法如水蒸汽蒸餾法、減壓蒸餾法、溶劑萃取法等，但工藝復(fù)雜、純度不高，而且易殘留有害物質(zhì)。而二氧化碳超臨界萃取廉價(jià)、無(wú)毒、安全、高效，可以生產(chǎn)極高附加值的產(chǎn)品。用超臨界CO2萃取法可以從許多種植物中提取其有效成分，而這些成分過(guò)去用化學(xué)方法是提取不出來(lái)的。除了用在化工、化工等工業(yè)外，還可用在煙草、香料、食品等方面。如食品中，可以用來(lái)去除咖啡、茶葉中的咖啡因，可提取大蒜素、胚芽油、沙棘油、植物油以及醫(yī)藥用的鴉片、阿托品、人參素、蝦青素(英文稱astaxanthin，簡(jiǎn)稱ASTA)及銀杏葉、紫杉中的有價(jià)值成分。減排措施：1捕獲分離CO2技術(shù)1.1.1吸收法包括物理吸收和化學(xué)吸收。物理吸收是指利用那些對(duì)CO2具有較大溶解度的有機(jī)溶劑做吸收劑，通過(guò)對(duì)CO2的加壓讓其溶解到該溶劑內(nèi)，再通過(guò)減壓讓CO2釋放出來(lái)，通過(guò)這樣的交替方式完成CO2的捕獲分離。當(dāng)然溶劑的選擇非常重要，一般要求其具有無(wú)腐蝕性、無(wú)毒性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。常見(jiàn)吸收劑有丙烯酸酯、甲醇、乙醇、聚乙二醇等等。化學(xué)吸收是指利用堿性溶液如碳酸鉀等對(duì)CO2進(jìn)行溶解捕獲，再通過(guò)脫析作用完成對(duì)CO2的分離和溶劑的再生。該方法適用于大流量低濃度CO2的分離回收。1.1.2吸附法通過(guò)吸附劑在一定條件下對(duì)CO2進(jìn)行選擇性吸附，再將CO2解析分離的方法。常用的吸附劑有活性炭、沸石、硅膠、分子篩等。按照改變的條件，吸附法又可分為：變電吸附(ESA)、變壓吸附(PSA)、變溫吸附(TSA)等。其中以變壓吸附法發(fā)展較為迅速，目前在化肥、化工工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。1.1.3富氧燃料該技術(shù)是利用空分系統(tǒng)獲得富氧甚至純氧，再與純的CO2以一定比例混合后送入爐膛與燃料混合燃燒。這樣由于除去了氮，就可以在排放氣體中產(chǎn)生高濃度的CO2,通過(guò)煙氣再循環(huán)裝置去稀釋純氧，重新回注燃燒爐。采用這種富氧燃燒方法，由于助燃?xì)怏w中氧氣濃度較高，燃燒比較完全，不但大大降低了煙氣黑度，還因?yàn)榈獨(dú)饬康臏p少，而減少了熱損失，節(jié)約了能源，故而被發(fā)達(dá)國(guó)家稱之為“資源創(chuàng)造性技術(shù)”，有著良好的應(yīng)用前景。目前的oxy-fuel技術(shù)又得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在oxy-fuel技術(shù)中，由于煙道氣中CO2的濃度很高，這樣就有利于對(duì)CO2進(jìn)行捕獲和封存。1.1.4膜分離法又稱分子篩法，利用不同的聚合材料對(duì)不同的氣體具有不同的滲透率，將CO2從鍋爐尾部煙氣中分離出來(lái)的方法。其最大優(yōu)點(diǎn)在于投資少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。工業(yè)上常見(jiàn)的分離CO2的膜有醋酸纖維膜、乙基纖維素膜、聚苯醚等。這些膜對(duì)于CO2現(xiàn)出良好的滲透性。隨著高分子材料科學(xué)的不斷發(fā)展，膜分離技術(shù)將不斷完善，成為CO2的捕獲分離的又一重要手段。1.2捕獲封存技術(shù)(CCS)將含有CO2的廢氣通過(guò)一個(gè)裝有三維網(wǎng)篩的煙囪，廢氣在上升的過(guò)程中與從上方噴淋下來(lái)的化學(xué)溶劑相遇，CO2氣體被溶劑吸收，隨后再將其從溶劑中提取出來(lái)進(jìn)行壓縮，然后用泵注入地下儲(chǔ)存。由于地球儲(chǔ)存CO2的潛力十分巨大，因而地質(zhì)封存被普遍認(rèn)為是未來(lái)主流的封存方式。由于該方法減排效果較好(可捕集90%以上的CO2的排放)，加之地球儲(chǔ)存CO2的潛力巨大且對(duì)環(huán)境友好，因而受到了越來(lái)越多的國(guó)家的廣泛重視。但是，這種技術(shù)也有一定的局限性。首先，它存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，比如，溶解的CO2會(huì)對(duì)地下水的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響，淺層地下和近表面環(huán)境處氣態(tài)CO2高濃度產(chǎn)生的直接效應(yīng)以及CO2泄漏和鹽水取代對(duì)地下水的危害、對(duì)陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害、誘發(fā)地震、引起地面沉降或升高等。其次，能耗大，成本高。從捕集到運(yùn)輸再到貯存，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要耗能，如果