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二氧化碳的性質及用途


1.     二氧化碳的性質

二氧化碳(carbon dioxide,一種碳氧化合物,化學式為CO2,化學式量為44.0095,常溫常壓下是一種無色無味或無色無臭而其水溶液略有酸味的氣體,也是一種常見的溫室氣體,還是空氣的組分之一(占大氣總體積的0.03%-0.04%)。在物理性質方面,二氧化碳的熔點為-56.6℃(527kPa),沸點為-78.5℃,密度比空氣密度大(标準條件下),溶于水,每100毫升水中的溶解克數:0.1782g/20℃。對于其毒性ADI不作特殊規定(FALO/WHO2001)。當吸入CO2氣體量達5%6%時,可刺激呼吸中樞,使呼吸深而快。吸入量達10%以上時,會發生頭昏、出汗、呼吸困難等症狀,高濃度時會導緻昏睡、血壓升高、痙攣乃至死亡。

2.     二氧化碳的發現

二氧化碳的發現早在公元300年以前,我國西晉時期的張華就在他所寫的《博物志》一書中作了燒白石作白灰有氣體發生的記載。17世紀,比利時科學家海爾蒙特發現在一些洞穴中有一種可以使燃燒着的蠟燭熄滅的氣體,并且與木炭燃燒,與麥子、葡萄發酵以及石灰石與醋酸接觸後産生的氣體一樣。1755年,英國化學家布拉克又進一步定量地研究這種氣體,他一次次把石灰石放到容器裡煅燒,燒透後再一次次仔細稱量剩下的石灰質量,發現每次都減輕了44%,1765年,著名英國化學家卡文迪許想出了一個高招——他把這種氣體通入水銀槽,然後再在水銀表面上收集到純淨的氣體,測量了密度和溶解性,并證明了它和動物呼出、木炭燃燒所産生的氣體相同。1772年,法國大化學家拉瓦錫等人用大聚光鏡把陽光聚焦在汞槽玻璃罩中的金剛石上,做了著名的燒鑽石實驗,發現鑽石燃燒後産生的也是這種氣體;爾後,他用純氧與純炭進行燃燒實驗,發現隻生成一種氣體,得出該氣體是由碳、氧兩種元素組成的化合物。後來,人們用更精确的實驗方法并經道爾頓等許多化學家的努力,才證明它分子中碳、氧原子的個數比為1:2。就這樣,經曆1500年,經過許多化學家的不懈努力,人類才認識了今天大家能脫口而出的二氧化碳氣體。

3.    二氧化碳的用途

(1)   可用作食品添加劑,國标GB 2760-2001規定:二氧化碳(酒精發酵法、石灰窯法、合成氨尾氣法、甲醇裂解法)、液體二氧化碳(催化法)可用于碳酸飲料及汽酒類。用量以GMP為限。

(2)   用于養護焊接、鑄鋼造模及制造清涼飲料,用于水果、蔬菜作保鮮劑、緻冷劑等。

(3)   廣泛用于魚類、奶油、冰淇淋等食品保鮮儲存及低溫運輸等。

(4)   用于半導體器件制備工藝中熱氧化、外延擴散、化學氣相沉積、離子注入氮化等,還用于原子能發電、食品冷凍。

(5)   氣體二氧化碳主要用作制純堿、化肥(碳酸氫铵、尿素)及合成甲醇和無機鹽工業的原料,亦用于鋼鑄件淬火和鉛白制造,還用于制造幹冰等。液體二氧化碳用于焊接、發酵工業、冷卻和清涼飲料、制糖工業、醫用局部麻醉,還用作大型鑄鋼防泡劑、植物成長促進劑、防氧化  劑及滅火劑等。固體二氧化碳用于青黴素生産,魚類、奶油、冰淇淋等食品貯存及低溫運輸等方面。

(6)   充碳酸氣劑;包裝用氣體;防腐劑;制冷劑;萃取劑;膨松劑;氣調劑;Ph調節劑;加工助劑。

4.     二氧化碳的生産方法

(1)   在工業上,二氧化碳是煅燒石灰石制取石灰或發酵過程的副産品,也是生産氨、汽油和其他化工産品的烴類-蒸汽轉化爐的副産物,從煙道氣(主要由氮氣和二氧化碳組成)中可回收得到二氧化碳,還可直接從富含二氧化碳的天然氣井中獲得。

(2)   副産氣體回收法:氨、氫氣、合成氨生産過程中往往有脫碳(即脫除氣體混合物中二氧化碳)過程,使混合氣體中二氧化碳經加壓吸收、減壓加熱解吸可獲得高純度的二氧化碳氣。



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