在国民经济各部门,二氧化碳有着十分广泛的用途。二氧化碳产品主要是从合成氨制氢气过程气、发酵气、石灰窑气、酸中和气、乙烯氧化副反应气和烟道气等气体中提取和回收,商用产品的纯度不低于99%(体积)。
二氧化碳可注入饮料中,增加压力,使饮料中带有气泡,增加饮用时的口感,像汽水、啤酒均为此类的例子。
固态的二氧化碳(或干冰)在常温下会气化,吸收大量的热,因此可用在急速的食品冷冻。
二氧化碳的重量比空气重,不助燃,因此许多灭火器都通过产生二氧化碳,利用其特性灭火。而二氧化碳灭火器是直接用液化的二氧化碳灭火,除上述特性外,更有灭火后不会留下固体残留物的优点。
二氧化碳也可用作焊接用的保护气体,其保护效果不如其他稀有气体(如氩),但价格相对便宜许多。
二氧化碳激光是一种重要的工业激光来源。
二氧化碳可用来酿酒,二氧化碳气体创造一个缺氧的环境,有助于防止细菌在葡萄生长。
二氧化碳可控制pH值,游泳池加入二氧化碳以控制pH值,加入二氧化碳从而保持pH值不上升。
二氧化碳可用于制碱工业和制糖工业。
二氧化碳可用于塑料行业的发泡剂。
干冰可以用于人造雨、舞台的烟雾效果、食品行业、美食的特殊效果等。
干冰可以用于清理核工业设备及印刷工业的版辊等。
干冰可以用于汽车、轮船、航空、太空与电子工业。液体二氧化碳通过减压变成气体很容积和织物分离,完全省去了用传统溶剂带来的复杂后处理过程。
CO₂超临界萃取技术。二氧化碳在温度高于临界温度(Tc)31℃、压力高于临界压力(Pc)3MPa的状态下,性质会发生变化,其密度近于液体,粘度近于气体,扩散系数为液体的100倍,因而具有很强的溶解能力,用它可溶解多种物质,然后提取其中的有效成分,运用该技术可生产高附加值的产品,可提取过去用化学方法无法提取的物质,且廉价、无毒、安全、高效。它适用于化工、医药、食品等工业。
聚合材料
一种正在研究的新型合成材料,以二氧化碳为单体原料在双金属配位PBM型催化剂作用下,被活化到较高的程度时,与环氧化物发生共聚反应,生成脂肪族聚碳酸酯(PPC),经过后处理,就得到二氧化碳树脂材料。在聚合中加入其它反应物,可以得到各种不同化学结构的二氧化碳树脂。二氧化碳共聚物具有柔性的分子链,容易通过改变其化学结构来调整其性能;较易在热、催化剂、或微生物作用下生分解,但也可以通过一定的措施加以控制:对氧和其它气体有很低的透过性。可开发出以下用途的产品:
1、从脂肪族聚碳酸酯与多异氰酸酯制备聚氨酯材料,优于普通聚酯聚氨酯的耐水解性能。
2、用顺丁烯二酸酐作为第三单体进行三元共聚;产物是一种含碳酸酯基和酯基的不饱和树脂,可交联固化,亦能与纤维之类固体复合,是类似于普通不饱和聚酯使用的一种新材料。
3、脂肪族聚碳酸酯可以与各种聚合物共混而获得各种不同的性能。可以用作环氧树脂、PVC塑料等的增韧剂、增塑剂或加工助剂。
4、二氧化碳、环氧乙烷等的共聚物,二氧化碳、环氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚物能被微生物彻底分解,不留残渣,是一类有希望的生物降解材料。
5、二氧化碳共聚物有优异的生物体相容性。特别设计的共聚物可望用作抗凝血材料或用作药物缓释剂。
6、某些型耐油橡胶的成本可比用纯丁腈降低10%左右,每吨产品的成本可降低1000元以上。
气体肥料
一定范围内,二氧化碳的浓度越高,植物的光合作用也越强,因此二氧化碳是最好的气肥。美国科学家在新泽西州的一家农场里,利用二氧化碳对不同作物的不同生长期进行了大量的试验研究,他们发现二氧化碳在农作物的生长旺盛期和成熟期使用,效果最显著。在这两个时期中,如果每周喷射两次二氧化碳气体,喷上4~5次后,蔬菜可增产90%,水稻增产70%,大豆增产60%,高粱甚至可以增产200%。
气肥发展前途很大,但目前科学家还难以确定每种作物究竟吸收多少二氧化碳后效果最好。
二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺少的原料,温室中常用二氧化碳作肥料。光合作用总反应:
(chloroplast是叶绿体)。注意:光合作用释放的氧气全部来自水,光合作用的产物不仅是糖类,还有氨基酸(无蛋白质)、脂肪,因此光合作用产物应当是有机物。
各部分反应:
(水的光解) 、
(递氢)、
(递能) 、
(二氧化碳的固定)、
、
(有机物的生成)
二氧化碳还可用于制取金刚石,反应的化学方程式为
,反应的条件为440℃及800个大气压,在这样的条件下,二氧化碳会形成超流体,能够吸附在钠的表面,加速电子从钠传递至二氧化碳的过程。当温度降低至400℃时,就没有金刚石的产生了,当压力下降时,生成物也主要以石墨为主。
液体二氧化碳密度1.1g/cm³。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳,俗称干冰,是一种低温致冷剂,密度为1.56克/厘米3。二氧化碳能溶于水,20℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳,一部分跟水反应生成碳酸。化学性质稳定,没有可燃性,一般不支持燃烧,但活泼金属可在二氧化碳中燃烧,如点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳。二氧化碳是酸性氧化物,可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。无毒,但空气中二氧化碳含量过高时,也会使人因缺氧而发生窒息。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件的淬火。二氧化碳在大气中约占总体积的0.03%,人呼出的气体中二氧化碳约占4%。实验室中常用盐酸跟大理石反应制取二氧化碳,工业上用煅烧石灰石或酿酒的发酵气中来获得二氧化碳。
固态的二氧化碳(或干冰)在常温下会气化,吸收大量的热,因此可用在急速的食品冷冻。
二氧化碳也可用作焊接用的保护气体,其保护效果不如其他惰性气体(如氩),但价格相对便宜许多。
二氧化碳激光是一种重要的工业激光来源。二氧化碳是植物光合作用的主要碳源,可以用作植物温室的气体肥料和水草缸水族箱的肥料。
二氧化碳可用来酿酒,二氧化碳气体创造一个缺氧的环境,有助于防止细菌在葡萄生长。
二氧化碳可控制pH值,游泳池加入二氧化碳以控制pH值,加入二氧化碳从而保持pH值不上升。
二氧化碳可用于制碱工业和制糖工业。
二氧化碳可用于塑料行业的发泡剂。
干冰可以用于人造雨、舞台的烟雾效果、食品行业、美食的特殊效果等。
干冰可以用于清理核工业设备及印刷工业的版辊等。
干冰可以用于汽车、轮船、航空、太空与电子工业。
冷媒
CO2制冷剂
减少二氧化碳这一种温室气体的排放,能有助于减轻地球的温室效应。但二氧化碳同时也是制冷空调行业的天然制冷剂之一,其在制冷行业的广泛使用,恰恰能减少温室效应(GWP=1),还不破坏臭氧层。如此看似矛盾的双重身份,其实一点也不矛盾,但二氧化碳被作为制冷剂使用,已经有百多年的历史了。
而二氧化碳的应用发展也来越成熟,全球零部件与系统供应商,包括丹佛斯、卡乐、恩布拉科、路伟、爱默生以及GMCC美芝等,都顺应了这个潮流,已经为商业部门提供了二氧化碳解决方案。
CO2制冷剂三大应用
二氧化碳的研究和应用主要集中于三个方面:一方面是汽车空调领域,由于制冷剂排放量大,对环境的危害也大,必须尽早采用对环境无危害的制冷剂;第二方面是热泵热水器,二氧化碳在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移,有利于将热水加热到一个更高的温度;第三方面是考虑到二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性,采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂。
药用功能
药理
低浓度时为生理性呼吸兴奋药。当空气中该品含量超过正常(0.03%)时,能使呼吸加深加快;如含量为1%时,能使正常人呼吸量增加25%;含量为3%时,使呼吸量增加2倍。但当含量为25%时,则可使呼吸中枢麻痹,并引起酸中毒, 故吸入浓度不宜超过10%。
适应症
临床多以该品5~7%与93~95%的氧混合吸入, 用于急救溺毙、吗啡或一氧化碳中毒者、新生儿窒息等。乙醚麻醉时,如加用含有3~5% 该品的氧气吸入,可使麻醉效率增加,并减少呼吸道的刺激。
用法用量
遵医嘱。25%高浓度吸入可使呼吸中枢麻痹,引起酸中毒。吸入浓度不超过10%。
不良反应
25%高浓度吸入可使呼吸中枢麻痹引起酸中毒.吸入浓度不超过10%。
二氧化碳导致呼吸性中毒
⑴低浓度的二氧化碳可以兴奋呼吸中枢,便呼吸加深加快。高浓度二氧化碳可以抑制和麻痹呼吸中枢。
⑵由于二氧化碳的弥散能力比氧强25倍,故二氧化碳很容易从肺泡弥散到血液造成呼吸性酸中毒。
临床上很少见单纯的二氧化碳中毒,由于空气中二氧化碳增多,常伴随氧浓度降低。比如:地窖中储存的蔬菜、水果呼吸时产生二氧化碳,同时消耗了氧气。无防护措施进入地窖所发生之中毒,是高浓度二氧化碳和缺氧造成的。试验证明氧充足的空气中二氧化碳浓度为5%时对人尚无害;但是,氧浓度为17%以下的空气中含4%二氧化碳,即可使人中毒。缺氧可造成肺水肿、脑水肿、代谢性酸中毒、电解质紊乱、休克、缺氧性脑病等。
干冰的应用
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固态二氧化碳压缩后又叫干冰,零下75℃干冰升华,可以吸收周围的热量,使周围水汽凝结,就生成了一种云雾缭绕的景象,同时周围温度迅速降低,因此干冰常用于低温保存物品。
干冰的使用范围广泛,在食品、卫生、工业、餐饮中、人工降雨有大量应用。主要有:
1.在工业模具的应用范围
轮胎模具、橡胶模具、聚氨酯模、聚乙烯模、PET模具、泡沫模具、注塑模具、合金压铸模、铸造用热芯盒、冷芯盒,可清除余树脂、失效脱膜层、炭化膜剂、油污、打通排气孔,清洗后模具光亮如新。
在线清洗,无需降温和拆卸模具,避免了化学清洗法对模具的腐蚀和损害、机械清洗法对模具的机械损伤及划伤,以及反复装卸导致模具精度下降等缺点。关键的是,可以免除拆卸模具及等待模具降温这两项最耗时间的步骤,这样均可以减少停工时间约80%-95%。
干冰清洗益处:干冰清洗可以降低停工工时;减少设备损坏;极有效的清洗高温的设备;减少或降低溶剂的使用;改善工作人员的安全;增进保养效率;减少生产停工期、降低成本、提高生产效率。
2.在石油化工的应用范围
清洗主风机、气压机、烟机、汽轮机、鼓风机等设备及各式加热炉、反应器等结焦结炭的清除。清洗换热器上的聚氯乙烯树脂;清除压缩机、储罐、锅炉等各类压力容器上的油污、锈污、烃类及其表面污垢;清理反应釜、冷凝器;复杂机体除污;炉管清灰等。
3.在食品制药的应用范围
可以成功去除烤箱中烘烤的残渣、胶状物质和油污以及未烘烤前的生鲜制品混合物。有效清洁烤箱、混合搅拌设备、输送带、模制品、包装设备、炉架、炉盘、容器、辊轴、冷冻机内壁、饼干炉条等。
干冰清洗的益处:排除有害化学药剂的使用,避免生产设备接触有害化学物和产生第二次垃圾;拟制或除掉沙门氏菌、利斯特菌等细菌,更彻底的消毒、洁净;排除水刀清洗对电子设备的损伤;最小程度的设备分解;降低停工时间。
4.在印刷工业的应用范围
清除油墨很困难,齿轮和导轨上的积墨会导致低劣的印刷质量。干冰清洗可去除各种油基、水基墨水和清漆,清理齿轮、导轨及喷嘴上的油污、积墨和染料,避免危险废物和溶液的排放,以及危险溶剂造成的人员伤害。
5.在电力行业的应用范围
可对电力锅炉、凝汽器、各类换热器进行清洗;可直接对室内外变压器、绝缘器、配电柜及电线、电缆进行带电载负荷(37kV以下)清洗;发电机、电动机、转子、定子等部件无破损清洗;汽轮机、透平上叶轮、叶片等部件锈垢、烃类和粘着粉末清洗,不需拆下桨叶,省去重新调校桨叶的动平衡。
干冰清洗的益处:使被清洗的污染物有效地分解;由于这些污染物被清除减少了电力损失;减少了外部设备及其基础设备的维修成本;提高电力系统的可靠性;非研磨清洗,保持绝缘体的完整;更适合预防性的维护保养。
6.在汽车工业的应用范围
清洗门皮、蓬顶、车厢、车底油污等无水渍,不会引致水污染;汽车化油器清洗及汽车表面除漆等;清除引擎积碳。如处理积碳,用化学药剂处理时间长,最少要用48小时以上,且药剂对人体有害。干冰清洗可以在10分钟以内彻底解决积碳问题,即节省了时间又降低了成本,除垢率达到100%。
7.在电子工业的应用范围
清洁机器人、自动化设备的内部油脂、污垢;集成电路板、焊后焊药、污染涂层、树脂、溶剂性涂覆、保护层以及印刷电路板上光敏抗腐蚀剂等清除。
8.在航空航天的应用范围
导弹、飞机喷漆和总装的前置工序;复合模具、特殊飞行器的除漆;引擎积碳清洗;维修清洗(特别是起落架-轮仓区);飞机外壳的除漆;喷气发动机转换系统。可直接在机体工作,节省时间。
9.在船舶业的应用范围
船壳体;海水吸入阀;海水冷凝器和换热器;机房、机械及电器设备等,比一般用高压水射流清洗更干净。
10.在核工业的应用范围
核工业设备的清洗若采用水、喷砂或化学净化剂等传统清洗方法,水、喷砂或化学净化剂等介质同时也被放射性元素污染,处理被二次污染的这些介质需要时间和资金。而使用干冰清洗工艺,干冰颗粒直接喷射到被清洗物体,瞬间升华,不存在二次污染的问题,需要处理的仅仅是被清洗掉的有核污染的积垢等废料。
11.在美容行业的应用范围
有的皮肤科医生用干冰来治疗青春痘,这种治疗就是所谓的冷冻治疗。因为它会轻微的把皮肤冷冻。
有一种治疗青春痘的冷冻材料就是混合磨碎的干冰及乙酮,有时候会混合一些硫磺。液态氮及固态干冰也可以用来作冷冻治疗的材料。冷冻治疗可以减少发炎,前段时间新闻报道刘翔就是用这种冷冻疗法来治疗脸上的青春痘的。这种方法可以减少青春痘疤痕的产生,但并不用来去除疤痕。
12.在食品行业的应用范围
a 在葡萄酒、鸡尾酒或饮料中加入干冰块,饮用时凉爽可口,杯中烟雾缭绕,十分怡人。
b 制作冰淇淋时加入干冰,冰淇淋不易融化。干冰特别适合外卖冰淇淋的冷藏。
c 星级宾馆、酒楼制作的海鲜特色菜肴,在上桌时加入干冰,可以产生白色烟雾景观,提高宴会档次,如制作龙虾刺身。
d 龙虾、蟹、鱼翅等海产品冷冻冷藏。干冰不会化水,较水、冰冷藏更清洁、干净,在欧、美、日本等国得到广泛应用。
13.在冷藏运输领域的应用范围
a 低温冷冻医疗用途以及血浆、疫苗等特殊药品的低温运输。
b 电子低温材料,精密元器件的长短途运输。
c 高档食品的保鲜运输如高档牛羊肉等。
14 、在娱乐领域的应用范围
广泛用于舞台、剧场、影视、婚庆、庆典、晚会效果等制作放烟,如国家剧院的部分节目就是用干冰来制作效果的。
15.在消防行业的应用范围
干冰用来作消防灭火,如部分低温灭火器,但干冰在这一块的应用较少,也即市场程度较低。
干冰使用注意事项:
切记在每次接触干冰的时候,一定要小心并且用厚绵手套或其他遮蔽物才能触碰干冰,如果是在长时间直接碰触肌肤的情况下,就可能会造成细胞冷冻而类似轻微或极度严重冻伤的伤害。
人体危害
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二氧化碳密度较空气大,当二氧化碳少时对人体无危害,但其超过一定量时会影响人(其他生物也是)的呼吸,原因是血液中的碳酸浓度增大,酸性增强,并产生酸中毒。空气中二氧化碳的体积分数为1%时,感到气闷,头昏,心悸;4%-5%时感到眩晕。6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。
因为二氧化碳比空气重,所以在低洼处的浓度较高。以人工凿井或挖孔桩时,若通风不良则会造成井底的人员窒息。CO₂的正常含量是0.04%,当CO₂的浓度达1%会使人感到气闷、头昏、心悸,达到4%~5%时人会感到气喘、头痛、眩晕,而达到10%的时候,会使人体机能严重混乱,使人丧失知觉、神志不清、呼吸停止而死亡。应避免之物质:
各种金属粉尘(例如镁、锆、钛、铝、锰):当悬浮在二氧化碳中易点燃而爆炸。
水:会形成碳酸。
人吸入高浓度的二氧化碳所出现的昏迷及脑缺氧情况,一般大气中二氧化碳含量超过1%时,人即有轻度头晕反应;当超过3%时,开始出现呼吸困难;超过6%时,就会重度缺氧窒息甚至死亡。
职业接触限值
中国MAC(mg/m3): 18000
前苏联MAC(mg/m3): 未制定标准
TLVTN: OSHA 5000ppm,9000mg/m3
TLVWN: ACGIH 30000ppm,54000mg/m3
监测方法:
工程控制: 密闭操作。提供良好的自然通风条件。
呼吸系统防护: 一般不需要特殊防护,高浓度接触时可佩戴空气呼吸器。
眼睛防护: 一般不需特殊防护。
身体防护: 穿一般作业工作服。
手防护: 戴一般作业防护手套。
其他防护: 避免高浓度吸入。进入限制性空间作业,须有人监护。
过量吸入症状
主要征状有:头痛、头愫晕、耳鸣、气急、胸闷、乏力、心跳加快,面颊发绀、烦躁、谵妄、呼吸困难,如情况持续,就会出现嗜睡、淡漠、昏迷、反射消失、瞳孔散大、大小便失禁、血压下降甚至死亡。
二氧化碳的浓度达到1%以上,就会使人头晕目眩。达到4~5%,人便会恶心呕吐,呼吸不畅。超过10%,人便会死亡。
二氧化碳在室外是全球暖化;全球变暖的元凶之一,在室内对人体健康影响及行车安全顾虑更是不容忽视的主因之一。生活当中二氧化碳是人类无时无刻 在制造却经常被忽略的气体,21新世纪大众生活型态的改变,尤其现代人害怕噪音再加上户外空气质量不佳,人们为求隔绝噪音并享受居住空间或办公室空间空调系统带来的舒适便利,长时间将室内窗户密闭以致于室内二氧化碳浓度含量远高于室外平均值,更有医学报导在冷气房内睡觉连续八小时,由于空气有适足对流 有助尘螨滋生,早上会出现鼻塞、皮肤红痒等「病态建筑物症候群」(Sick Building Syndrome)的症状。
二氧化碳浓度含量会影响人类的生活作息,整理出二氧化碳浓度含量与人体生理反应如下:
·350~450ppm:同一般室外环境
·350~1000ppm:空气清新,呼吸顺畅。
·>10,00ppm:感觉空气浑浊,并开始觉得昏昏欲睡。
·>20,00ppm:感觉头痛、嗜睡、呆滞、注意力无法集中、心跳加速、轻度恶心。
·>50,00ppm:可能导致严重缺氧,造成永久性脑损伤、昏迷、甚至死亡。 [1]
血清(血浆)中检测CO₂的含量是代谢性酸碱中度的指标之一,基本上代表了血浆中酸碱碱储备的情况。
急救措施
打开门窗、通风孔,抢救者才可进入。将病人救出后,在空气新鲜处进行人工呼吸,心脏按摩,吸氧(避免高压、高流量、高浓度给氧,以免呼吸中枢更为抑制),开始1~2L/分,随病人呼吸好转逐渐增大给氧量(4--5L/分),以至采用高压氧治疗。(最好是纯氧)
吸入兴奋剂:多种兴奋剂交替、联合使用,如洛贝林、山梗菜碱等
防止脑和肺水肿:应用脱水剂、激素,限制液量和速度,吸入钠的份量亦应限制
对症治疗:给予多种维生素、细胞色素C、能量合剂、高渗糖,以防感染
抢救同时要留意有没有其他有毒气体存在,如一氧化碳等。
还有呢?