کاربردهای صنعتی ازن تولید شده در محل به طور مداوم در حال رشد است. در این مقاله به تشریح کاربردهای گاز ازن (O3) در صنایع فرآیندهای شیمیایی (chemical process industries) می پردازیم و در مورد مزایا و مضرات استفاده از این ماده شیمیایی گازی بحث شده است.در پاسخ به بحران ویروس کرونا ((COVID-19 که بر جهان تأثیر می گذارد، شرکت های صنایع فرآیند شیمیایی (CPI) فرآیند های تولید خود را تنظیم می کنند تا تقاضای رو به رشد نه تنها مواد ضد عفونی کننده بلکه تجهیزات محافظ شخصی (PPE) را نیز برآورده سازد. ماسک، دستکش و پوشاک شرکت هایی که در حال تغییر لیست تولید خود هستند و شامل ضد عفونی کننده دستی می شوند شامل Ineos ، Dow ، Henkel ، Arkema و موارد دیگر هستند.
پیشینه استفده از گاز ازن (O3)
ازن بیشتر به عنوان مانع استراتوسفر در برابر اشعه ماوراء بنفش در مسیر خود از خورشید به سطح زمین تصور می شد. همچنین معمولاً به عنوان یک آلاینده سطح زمین و جزء دودها تصور می شود. اما ازن همچنین یک اکسید کننده شیمیایی قدرتمند است که با استفاده از آن در بخش های مختلف صنعت می توان برای کاربردهای زیادی از آن استفاده کرد.
در این مقاله به تشریح چندین مورد از مهمترین کاربردهای صنعتی ازن می پردازیم و مزایای استفاده از مواد شیمیایی در برابر خطرات مرتبط با خطرات احتمالی آن بررسی می شود.
در گذشته چندین عامل پیرامون تولید ازن به همراه کارآیی فرآیندهای تولید و امکان کارآیی و کنترل آنها از راه دور، از استفاده گسترده از این ماده جلوگیری کرده است. در حال حاضر، چندین شرکت پیشرو تولید ازن را تصفیه فاضلاب بهداشتی و پیشرفته کرده اند و استفاده صنعتی را برای تعداد فزاینده برنامه امکان پذیر شده است.
معرفی گاز ازن
از نظر شیمیایی، ویژگی های برجسته ازن، بی ثباتی و پتانسیل اکسیداسیون زیاد آن است که این ماده را به یک اکسید کننده قدرتمند تبدیل می کند. اکسیداسیون شامل از بین رفتن یک الکترون و تغییر میزان ولتاژ، به دلیل وجود اکسیژن است. قابل تشخیص تا ۱۰ قسمت در میلیون (ppm)، این گاز تند و در درجه اول بدون رنگ (اگرچه گاهی اوقات در غلظت های بالاتر به رنگ آبی روشن تصور می شود) در واکنش های خود بی تفاوت است، اما از پتانسیل اکسیداسیون ۲.۰۷ برخوردار است و آن را فوق العاده قدرتمند می کند. به عنوان سه اتمی، چند شکل اکسیژن، دارای وزن مولکولی ۴۸ است و توسط نماد شیمیایی O3 شناخته می شود. ماده شیمیایی به مایع آبی تیره متراکم شده و به رنگ سیاه مایل به بلور متبلور می شود.
در طبیعت، ازن با واکنش مولکول های اکسیژن که توسط تابش خورشیدی در استراتوسفر انرژی می گیرند، تشکیل می شود.
ازن نیز پس از تخلیه رعد و برق در جو تشکیل می شود. ازن گرمسیری با واکنشهای شیمیایی بین اکسیدهای ازت (NOx) و ترکیبات آلی فرار (VOC) ایجاد می شود. این نوع ازن ، ازن سطح زمین محسوب می شود و در اثر آلاینده های صنعتی و سایر آلاینده ها که در برابر نور خورشید واکنش نشان می دهند، ایجاد می شود. در این حالت ازن یکی از اجزای مه و دود است و می تواند باعث ایجاد مشکلات بهداشتی عمومی شود.
در کاربردهای صنعتی O3 که گاهی اوقات به آن “اکسیژن فعال” می گویند، با جریان اکسیژن سریع با مقادیر بالای انرژی یا ماوراء بنفش یا انرژی نوری دیگر تولید می شود. این امر باعث تجزیه اتم های اکسیژن می شود و باعث می شود که اکسیژن دیاتومیک با سایر مولکول های O2 در مجاورت تقسیم و نوترکیب شود. از آنجا که منبع این ماده برای استفاده در کاربردهای صنعتی هوای محیط است، می تواند یک تصفیه شیمیایی پایدار برای بسیاری از سناریوهای صنعتی باشد. به طور کلی، تشکیل ازن طبق معادلات شیمیایی زیر انجام می شود:
O2 + Energy ——> O· + O(رادیکالهای بدون اکسیژن) ·
O2 + O· ——> O3
کاربرد ازن در صنعت
لیست صنایعی که از ازن استفاده می کنند روزانه در حال رشد است. بیش از ۱۰۰ صنعت در هزاران برنامه کاربردی گاز O3 را فعالانه استفاده می کنند. بسیاری از این موارد شامل تصفیه آب، از جمله آبزی پروری، آکواریوم ها، آبشارها و موارد دیگر است. ازن همچنین در فرآیندهای تولید برای طیف وسیعی از محصولات مانند بو زدا و تجهیزات مورد استفاده دندانپزشکان استفاده می شود.
بسیاری از استخرها و تولید کنندگان وان، ازن را به عنوان یک روش ضد عفونی ثانویه اضافه کرده اند و اطمینان می دهند که تجهیزات مشتریان با کارآیی کافی انجام می شود و مواد شیمیایی کمتری نیز لازم است.
باغ وحش ها و آکواریوم ها سیستم های ازن را به منابع آب اضافه کرده اند تا منابع آب ضد عفونی شده و اکسیژن حل شده در آب را تقویت نمایند. گاز O3 همچنین با کمک به انعقاد ذرات، TDS (کل مواد جامد محلول) و TSS (کل مواد جامد معلق) را از بین می برد. آمونیاک و نیتراتهای مضر که باعث سالم تر شدن حیوانات می شوند، اکسید می شوند.
ترکیب ازن به عنوان یک ماده ضد عفونی کننده ، یک عامل اسپور کش، جلبک کش و ویروس کش طبقه بندی می شود.
فرآیند ضد عفونی کردن ، شامل تمیز کردن چیزی برای از بین بردن میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها، تک یاخته ها و کیست می باشد. ازن به دلیل بی ثباتی شدید و پتانسیل اکسیداسیون زیاد، از نظر واکنش پذیری با سایر گونه های شیمیایی بسیار قدرتمند و بی تفاوت است.
ازن به عنوان یک درمان مؤثر برای از بین بردن VOC ها، از بین بردن فلزات، مواد جامد معلق، کربن آلی و بسیاری موارد دیگر و همچنین کاهش قابل توجه تقاضای اکسیداسیون شیمیایی (COD) نشان داده شده است.
عدم ثبات بالای آن در فشار و درجه حرارت استاندارد نیاز به تولید محل برای کاربردهای صنعتی دارد. واکنش پذیری بالا و نیمه عمر کوتاه آن بدان معنی است که ذخیره طولانی مدت گزینه ای نیست و سیستم های صنعتی باید برای تصفیه در محل تقاضا طراحی شوند.
در شرایط درمان معمولی، با استفاده از یک جریان منبع اکسیژن نسبتاً خالص و طراحی محفظه تخلیه تاج، که از یک قوس الکتریکی با ولتاژ بالا استفاده می کند، واکنش های نشان داده شده در معادلات بالا می توانند تا ۹-۱۲ وزنی تولید کنند. ازن، اگرچه به طور معمول در خروجی ۱-۹ درصد وزنی ازن است. باقیمانده جریان به عنوان اکسیژن باقی مانده است. غلظت ازن در این محدوده است.
با افزایش غلظت ازن از این غلظت، واکنش تخریب شایع تر می شود، بنابراین مقادیر بیشتری به اکسیژن باز می گردند و این تعادل را حفظ می کنند. این ناپایداری همچنین به این دلیل است که ازن قابل ذخیره نیست و باید بلافاصله قبل از کاربرد تولید شود. ازن باید در آب حل شود.
سه روش پرکاربرد برای وارد کردن ازن به آب تزریق مستقیم، تزریق ونتوری یا انتشار حباب است. پس از حل شدن در آب، اتم اکسیژن رادیکال آزاد، آزاد می شود تا سایر مولکول ها را اکسید کند.
