Озонатор

Озонатор — устройство для получения озона (O3). Озон является аллотропной модификацией кислорода, содержащей в молекуле три атома кислорода. В большинстве случаев исходным веществом для синтеза озона выступает молекулярный кислород (O2), а сам процесс описывается уравнением 3O2 > 2O3. Эта реакция является эндотермичной и легко обратимой. Поэтому, на практике применяется комплекс мер, способствующих максимальному смещению её равновесия в сторону целевого продукта.

Существует множество способов получения озона, которые можно разделить на 4 класса:

1. Синтез из газообразного кислорода под воздействием тихого электрического разряда. С этой целью в зазор между электродами, подключенными к источнику высокого напряжения пропускается воздух или чистый кислород. Напряжение, подающееся на электроды, обычно составляет от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч вольт. Лучшая производительность достигается при использовании чистого кислорода, максимально низкой температуры газа и применении пульсирующего постоянного тока. Зазор между электродами и эффективная площадь электродов определяются рабочим напряжением и скоростью подачи кислородсодержащего газа. Металлические электроды могут каталитически разлагать соприкасающийся с ними озон, поэтому их часто помещают внутрь тонкой секлянной оболочки. Иногда в качестве своеобразных электродов выступают трубки, заполненные проводящей жидкостью, например, серной кислотой. Электродные пары для повышения производительности аппарата часто собирают в большие пакеты, охлаждаемые проточной водой. Концентрация озона на выходе из таких реакторов (в зависимости от их конструкции и содержания кислорода в исходной газовой смеси) обычно не превышает нескольких процентов, а при использовании атмосферного воздуха составляет лишь доли процента. Кроме того, озонсодержащая газовая смесь, получаемая в тихом разряде из атмосферного воздуха, содержит значительное количество оксидов азота, обладающих высокой реакционной способностью, что является неприемлемым для многих технологических процессов. Поэтому, применение в качестве исходного сырья для синтеза озона чистого кислорода (который может быть легко рекуперирован) часто бывает рентабельнее, чем применение атмосферного воздуха.

2. Синтез под воздействием ультрафиолетового излучения более прост в реализации, но значительно менее производителен. Он состоит в том, что кислородсодержащий газ пропускается через охлаждаемый и прозрачный для ультрафиолетового излучения (например, кварцевый) реактор, облучаемый источником ультрафиолетового излучения, имеющим подходящий спектр. В качестве газа, как правило, используется чистый кислород. В качестве источника для самодельных приборов удобны лишенные кожуха ртутные лампы высокого давления (типа ДРЛ). Выход озона при использовании УФ-установок невысок, поэтому в промышленно выпускаемых приборах этот метод, как правило, не реализуется.

3. Озон может быть получен при электролизе. В качестве электролита может использоваться, например, крепкий раствор хлорной кислоты. Процесс стараются вести при возможно более низкой температуре, что существенно увеличивает производительность аппарата по озону. Методом электролиза удается получать кислородно-озоновую смесь с очень высоким (десятки процентов) содержанием озона. Недостатком электролитических методов является дороговизна электролитов и электродов, которые обычно изготавливаются из благородных металлов.

4. Озон может в значительных количествах образовываться при окислении некоторых веществ. Наиболее известным примером такого рода реакций является окисление пинена(основного компонента скипидара) кислородом воздуха, в результате которого образуется заметное количество озона. Выделяющийся при этой реакции озон может быть использован для окисления других веществ — как непосредственно в смеси со скипидаром, так и после его сепарации. Однако, этот метод имеет крайне ограниченное применение по причине дороговизны сырья и проблем с разделением продуктов реации.

Озонаторы для промышленного, бытового и медицинского применения

Озонаторы не следует путать с ионизаторами (такими, как люстра Чижевского). Это разные приборы. Ионизаторы сообщают дополнительный отрицательный электрический заряд молекулам воздуха и при правильной настройке генерировать озон не должны. Озон является очень сильным окислителем и чрезвычайно ядовит даже в низких концентрациях. Он находит ограниченное применение в промышленном синтезе (например, при получении янтарной кислоты из изделий и отходов каучукового производства), в терапии (т. н. озонотерапия). Иногда он применяется для очистки и обеззараживания питьевой воды (например, на речных судах) и некоторых промышленных стоков, содержащих легкоокисляемую органику, когда использование более традиционных окислителей по тем или иным причинам не желательно. Однако в таком качестве он значително менее эффективен и гораздо более дорог, чем они. Применение озонаторов для стерилизации медицинского инструмента, как правило, неэффективно.