二氧化碳的性质

二氧化碳的性质、用途及可能的减排措施性质：二氧化碳是空气中常见的化合物，碳与氧反应生成其化学式为CO2,一个二氧化碳分子由两个氧原子与一个碳原子通过共价键构成，常温下是一种无色无味气体，密度比空气大，能溶于水，与水反应生成碳酸，不支持燃烧。固态二氧化碳压缩后俗称为干冰氧化碳被认为是加剧温室效应的主要来源。常温下是一种无色无味气体，密度比空气略大（1.977g/L，所以实验室收集二氧化碳可用向上排空气法），能溶于水，没有闪点。无色无味，液体状态表面张力：约3.0dyn/cm密度：1.816kg/m3粘度：比四氯乙烯粘度低得多，所以液体二氧化碳更能穿透纤维。二氧化碳分子结构很稳定，化学性质不活泼，不会与织物发生化学反应。它沸点低（-78.5°C），常温常压下是气体。加压降温可得无色CO2液体，再降温可得雪花状固体，再压缩可得干冰，干冰达到-78.5C,会升华成为气体CO2,不会形成CO2液体。干冰不是冰，是固态二氧化碳。用途：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。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。液体CO2和超临界CO2均可作为溶剂，尽管超临界CO2具有比液体CO2更高的溶解性（具有与液体相近的密度和高溶解性，并兼备气体的低粘度和高渗透力）。但它对设备的要求比液体CO2高。综合考虑机器成本与作CO2为溶剂，温度控制在15C左右，压力在5MPa左右。现国内外正在致力于发展一种新型二氧化碳利用技术一一CO2超临界萃取技术。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。二氧化碳在温度高于临界温度(Tc)31r、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，因而具有惊人的溶解能力，用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛应用。传统提取有效成份的方法如水蒸汽蒸馏法、减压蒸馏法、溶剂萃取法等，但工艺复杂、纯度不高，而且易残留有害物质。而二氧化碳超临界萃取廉价、无毒、安全、高效，可以生产极高附加值的产品。用超临界CO2萃取法可以从许多种植物中提取其有效成分，而这些成分过去用化学方法是提取不出来的。除了用在化工、化工等工业外，还可用在烟草、香料、食品等方面。如食品中，可以用来去除咖啡、茶叶中的咖啡因，可提取大蒜素、胚芽油、沙棘油、植物油以及医药用的鸦片、阿托品、人参素、虾青素(英文称astaxanthin，简称ASTA)及银杏叶、紫杉中的有价值成分。减排措施：1捕获分离CO2技术1.1.1吸收法包括物理吸收和化学吸收。物理吸收是指利用那些对CO2具有较大溶解度的有机溶剂做吸收剂，通过对CO2的加压让其溶解到该溶剂内，再通过减压让CO2释放出来，通过这样的交替方式完成CO2的捕获分离。当然溶剂的选择非常重要，一般要求其具有无腐蚀性、无毒性和良好的化学稳定性。常见吸收剂有丙烯酸酯、甲醇、乙醇、聚乙二醇等等。化学吸收是指利用碱性溶液如碳酸钾等对CO2进行溶解捕获，再通过脱析作用完成对CO2的分离和溶剂的再生。该方法适用于大流量低浓度CO2的分离回收。1.1.2吸附法通过吸附剂在一定条件下对CO2进行选择性吸附，再将CO2解析分离的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、硅胶、分子筛等。按照改变的条件，吸附法又可分为：变电吸附(ESA)、变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)等。其中以变压吸附法发展较为迅速，目前在化肥、化工工业中获得了广泛应用。1.1.3富氧燃料该技术是利用空分系统获得富氧甚至纯氧，再与纯的CO2以一定比例混合后送入炉膛与燃料混合燃烧。这样由于除去了氮，就可以在排放气体中产生高浓度的CO2,通过烟气再循环装置去稀释纯氧，重新回注燃烧炉。采用这种富氧燃烧方法，由于助燃气体中氧气浓度较高，燃烧比较完全，不但大大降低了烟气黑度，还因为氮气量的减少，而减少了热损失，节约了能源，故而被发达国家称之为“资源创造性技术”，有着良好的应用前景。目前的oxy-fuel技术又得到了进一步的发展。在oxy-fuel技术中，由于烟道气中CO2的浓度很高，这样就有利于对CO2进行捕获和封存。1.1.4膜分离法又称分子筛法，利用不同的聚合材料对不同的气体具有不同的渗透率，将CO2从锅炉尾部烟气中分离出来的方法。其最大优点在于投资少，结构简单，操作方便。工业上常见的分离CO2的膜有醋酸纤维膜、乙基纤维素膜、聚苯醚等。这些膜对于CO2现出良好的渗透性。随着高分子材料科学的不断发展，膜分离技术将不断完善，成为CO2的捕获分离的又一重要手段。1.2捕获封存技术(CCS)将含有CO2的废气通过一个装有三维网筛的烟囱，废气在上升的过程中与从上方喷淋下来的化学溶剂相遇，CO2气体被溶剂吸收，随后再将其从溶剂中提取出来进行压缩，然后用泵注入地下储存。由于地球储存CO2的潜力十分巨大，因而地质封存被普遍认为是未来主流的封存方式。由于该方法减排效果较好(可捕集90%以上的CO2的排放)，加之地球储存CO2的潜力巨大且对环境友好，因而受到了越来越多的国家的广泛重视。但是，这种技术也有一定的局限性。首先，它存在一定的环境风险，比如，溶解的CO2会对地下水的化学性质产生影响，浅层地下和近表面环境处气态CO2高浓度产生的直接效应以及CO2泄漏和盐水取代对地下水的危害、对陆地和海洋生态系统的危害、诱发地震、引起地面沉降或升高等。其次，能耗大，成本高。从捕集到运输再到贮存，每一个环节都要耗能，如果