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16. 在电子、半导体、光纤工业中的应用
17. 在农业、畜牧业、鱼业部门的应用
保存植物质资源:采用液氮永久保存稀有种子。
液氮灭鼠:向鼠穴注入液氮,使鼠类在短时间内冻死或窒息而死。该方法对人和其它动物无任何危害,不会使封板结,适合农田、果园灭鼠。
家畜冷冻配种:自1952年家畜的冷冻贮存首次成功后,家畜的液氮冷冻配种已成为繁殖家畜新品种、迅速发展畜牧业的重要手段。
冷烫畜群标记:采用液氮低温熨斗给牲畜做标记,比用热熨斗要好。优点是不痛、不流血,不易造成皮肤感染。
家畜胚胎低温保存:哺乳动物胚胎可在液氮中长期保存。“借腹怀胎”的实验,我国已获成功。为家畜器种改良和高效繁殖奠定了基础。
兽药疫苗低温保存:我国生产的兽药鸡马立克液氮疫苗必须用液氮冷冻保存。
注氧养鱼:为了提高养鱼池的鱼产量,国外采用鱼池注氧方法,鱼产量可提高4~5倍。
18. 在环保产业的应用
1纯氧曝气处理污水:
2 充氧废水处理:
3 环注氧使死湖再生:国外对无生物和鱼类的死湖采用强制注氧的方法使它们再生。
4环超导磁分离消除污染:采用超导磁分离对含铁河水,对化工、炼钢和造纸等工业废水和五活废水进行净化处理。由于它可以脱除炎电厂燃煤中大部分无机硫和灰粉,还是减少酸雨和粉尘的有力手段。
5环液氮冷凝处理废气:工厂排出的废气采用液氮冷凝处理来减少污染、清洁大气。我国在火箭推进剂燃放的有害气体偏二甲肼及NO2的处理方面采用液氮也获得成功。
6 氧气漂白纸浆:氧气漂白法可以防止环境污染,是迄今能显著减轻漂白排水污染负荷的唯一工业技术;
7城市垃圾焚烧:,焚烧热分解产生的可燃气体,通过废热锅炉回收热解发电。
低温粉碎废旧轮胎。
液氮低温粉碎就是国外已形成“低温粉碎(回收)工业”,即利用大多数质“低温脆性”很容易粉碎的特性,将它们粉碎,并回收贵金属。
19. 在建筑、气象部门的应用
隧道冷冻施工:在开挖山洞、隧道和修建地铁的过程中,为避免流沙、地下水和塌方事故,采用液氮土壤冷冻的施工方法已取得成功
混凝土冷却:水坝、桥梁、码头等大型建筑物在施工中,采用液氮冷冻混凝土技术,使混凝土冷却,温度不超过24℃,可获得高强度的凝土,从而提高了建筑物的安全可靠性和使用寿命。
液氮清理污物:在清理地下设施、隧道中的污物时,在难于工作的地方采用液氮冷冻施工法快速可靠。
高原隧道施工;青藏铁路位于海拔5010米的风光山地压缺氧是工程建设的主要障碍。空气中的氧分压仅相当于海平面的50%。由于缺氧,高源施工可能引发高原性肺水肿、脑水肿等各种高原病,危及建设者的生命健康。因此青藏铁路的建设必须源源不断地提供氧气。一般采用洞内弥漫式供氧方式。
人工降雨:浙江人工降雨,用液氮作催雨剂,用飞机喷洒300升液氮30分种后,便开始降雨。
人工增雨:北京每年在密云和官厅水库上游地区增水1.8亿吨,投入产出比高达1比90以上。人工增雨可以增加自然降水量的10%至15%,最高可达26%。
人工消雾:
20. 在文化、
文艺演出的云和雾:舞台演出和拍电影时,采用液氮人工制造云雾相当逼真,而且对演员无任何刺激。
广告霓红灯:把氖和氩混合封入霓红灯,能产生美丽的兰光,与氦、氩进行不同的配比,并利用各种滤光玻璃,就制成各种绚丽多采的霓红灯。
电影相摄与放映:利用氙的极高的发光强度,其放电强度超过太阳光的放电强度。短孤氙灯只有更高的色温,线度好;光的色彩相似于中午的目光,目前电影放映机普遍采用小氙灯。
赛车轮胎充气:美国空气制品公司主动出击抓住商机,为500多个赛车队提供近900只氮气瓶,赛车加油站的员工可用氮气来驱动气动工具以及给赛车轮胎充气。
人工制造冰雪:美国空气制品公司为南非动物园提供液氮人工制造极地雪堆,因为两只可爱的北极熊在动物园内出身,从未见到和玩弄过冰雪。据估计,使用20吨液氮和10立方米水,可以选出100立方米的雪。
:采用液氮冷冻方法使犯罪分子作案现场的指纹得以显现。
:可将可疑爆炸物品浸泡在液氮中使其失效。该方法既安全又有效。
文化冷冻动物库:国际上为保护珍稀野生动物而采取一项新措施是建立冷冻动物库。一旦需要可随时取出复温,进行繁殖培养和科学实验。
云居寺石经雕刻是中国历史上继京杭大运河这后又一项伟大工程,现今寺内珍藏石刻1122部3572卷共14278块。云居寺因此堪称世界上最大的石刻图书馆。石经出土40余年后,由于大气污染等原因,不少石经表面用手一摸会掉粉末,部分石经甚至已出现文字脱落现象。因此,拯救石经已经刻不容缓,于是采取密闭充氮、恒温恒湿保存。
21. 在医疗、保健方面的应用
抢救临危病人:氧气被称为“救命气”,
冷冻医疗:在医学上,现已形成“冷冻外科”。
国外称冷冻冶疗为“治癌的新武器”。
用液氮冷冻治疗腋臭,
液氮可脱清雀斑。
还有用深低温冷冻同种骨、关节,并已移植成功,取得满意疗效。
冷冻喉管技术,对大部分液体管道维修工程是个好方法,直径在350mm(14")以下的喉管,被安上一个特别设计的凝固箱,再灌注入液氮。液氮的低温(-196℃)将喉管内之液体凝固,形成“冰块”阀门。在冷冻剂不断供应下,冰块一直维持到工程完成为止。
高压氧治疗:就是将病人置于高于大气压的环境里(一般为2~3大气压)使其适于高浓度氧以求改善病态的一种治疗方法。用高压氧舱治疗的病种有:心绞痛、脑梗塞、急性脑缺氧(自缢)、一氧化碳中毒、气性坏疽、破伤风、创伤(植皮)、休克、烧伤、血栓闭塞性血管炎、眼球脉络膜炎,作辅助治疗用于断肢再植和肢体血循环阻碍等。其原理是人在三个大气压的铁箱中呼吸氧气,当溶于血液液体部分的氧气占容积的6%时即可维持组织上中氧的需要,即使在血管中没有血液,也能用葡萄糖和生理盐水维持生命。
生理学治疗:
纯氧敷伤口加速愈合:美国研究人员,用纯氧气来敷着伤口可加速伤口愈合,这种技术疗褥疮和溃疡症状,减轻病人手术后的痛苦。
研究人员发现,手术伤口用纯氧疗法最有效,其次是溃疡,褥疮疗效约得百分之四十四。
此外,用纯氧疗法后,伤口留下的疤痕较浅,故医生提议意外导致皮肤受伤的人可用此疗法。
氙气帮助修复受损的神经细胞:英国伦敦皇家学院的科学家们发现氙气可帮助保护受损的神经细胞,
可吸入止痛剂:现在英国急救人员、助产士和护理人员可向病人提供一种快速、可吸入的笑气和氧的混合气止痛剂。该气体的商标是Emtonox,混合气由50%笑气和50%氧组成,这是一种快速止痛剂,
整个世界氙在麻醉方面的应用不断扩大
医疗器械:大医院均拥有先进的诊断仪——核磁共提成象仪,氦。
氪氙的同位素氪85、氪87、氙133等放射性稀有气体,可作为显踪剂来诊断大脑出血的位置,进行心、肺机能的检查和治疗脑、副肾、卵巢等的肿疡。
利用氙具有不透过X射线的性质,被用作X光摄影的造影剂,
家庭氧疗:家庭用氧者多为患有心病、肺心病、老慢支、哮喘、脑梗塞、冠心病等慢性病人和一些需要吸氧的孕产妇,部分健康市民亦开始关注用氧保健,家庭用氧逐渐成为都市人治病保健的新时尚。
家庭氧疗的主要方式有家用小型变压吸附制氧机,分柞式和分体式二种,氧气空调机和家庭供氧中心。
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液氧是血库和骨髓库用的标准致冷剂:用液氮冷冻人血,能使血液长期贮存十年
胚胎冷冻是试管婴儿技术中的一项辅助功能。
22. 在燃料电池生产中的使用
燃料电池是利用电化学反应,直接把燃料的化学能变成电能的变换装置。它以煤、石油、天然气以及它们提炼出来的各种燃料为还原剂,以氧或空气为氧化剂,反应物质的价格便宜。其效率在各发电方法中为最高。由于燃料电池的能量密度大,连续使用的时间长,因此适于作宇宙飞船的动力源和军事通讯的电源,此外还用作潜水艇、浮标、海底作业、海底工厂、车辆的能源、空间技术、发电厂等
燃料电池能等温地按照化学方式直接将燃料(氢加氧)的化学能转化为电能,能量转化率可达40%~60%,而且几乎不排放任何氮或硫的氧化物,是替代传统能源的最佳选择。
23. 在磁场性材料生产中的应用
我国已是世界磁性材料的生产大国,目前具有一定规模的磁性材料生产企业已超过500家。磁性材料生产中,需要应用氮气保护的是永磁材料中的稀土永磁和软磁材料中的高性能MnZn铁氧体。
24. 液氮低温粉碎技术在超细加工领域的应用
液氮低温粉碎,可粉碎常温无法粉碎的物质,得到比常温粉碎更细微的粉末,可防止物质在粉碎过程中发热变质而保持粉碎物的色、香、味以及营养成分不变。
液氮冷冻法微细橡胶粉生产系统不仅有利于环境保护,还可节省大量外汇,所以其经济和社会效益巨大。
25. 二氧化碳的开发利用
国内CO2消费市场潜力较大,常规用量将会进一步增加,一些新的应用领域不断涌现。饮料行业消费是国内CO2第一大市场,占30%左右,
CO2气体保护焊接一直是我国重点推广的技术项目之一
CO2在食品加工行业消费量占国内CO2市场的15%左右,主要用于食品冷冻、冷藏、灭菌、防霉、保鲜等,为适应国际食品市场竞争和国内高档食品保鲜需要,这将是液体、固体CO2潜在的巨大市场。
CO2消费市场潜力很大,不少领域才启动或正在开发应用,如:
(1)用作植物气肥
用CO2作气肥可促进农作物生长,提高产量,改良品种。
(2)CO2果蔬保鲜剂
自然降氧、气调保鲜是国际广泛采用的较现代化的方法。CO2气调保鲜是注入高浓度CO2降低氧含量,以抑制果蔬生物呼吸,制止病菌发生。国外已大量用CO2防虫保鲜。在保鲜这方面CO2应用潜力较大,主要缺乏推广应用的技术人才。
(3)用作油田助采剂
油田对于经过一次采油(自喷)、二次采油(注水助采)后的油井,可压注CO2对残留地下的石油进行第三次开采。
(4)用于超临界萃取
超临界萃取是近年来研究开发的一项新分离技术,它是利用流体处于临界状态时具有很强的溶解能力而粘度又很低的性质来萃取分离某物质的一种方法,具有分离效率高、可在较低温下进行、适用于分离热敏性和易氧化性物质等特点。
我国已有多所院校和科研单位,如北京工大学、北京化工研究院、,以超临界CO2作萃取剂,研究对香料、麦胚芽油、莱籽油等萃取分离技术,有些工艺已投入工业化应用。
(5)代替氟氯烃用作发泡剂
。
(6)用于污水处理
CO2溶于水且呈弱酸性,可用于处理碱性污染,控制PH值。排出碱性污水的工厂有印染、金属加工、炼油、乙烯生产和造纸厂等。
(7)用于生产无机化工产品
以CO2为原料生产的无机化工产品主要有:轻质MgCO3、Na2CO3、NaHCO3、CaCO3、K2CO3、BaCO3、PbCO3、Li2CO3、MgO、白炭黑、硼砂等,多为基本化工原料,广泛用于冶金、化工、建材、轻工、电子、医药、机械等行业。
①白炭黑可由硅酸钠和精制CO2气体反应制取。它用作橡胶补强剂、塑料填充剂、润滑剂和绝缘材料等。
②硼砂将预处理的硼镁矿粉和碳酸溶液混合加热,通入CO2升压后应即可制取硼砂。
③轻质氧化镁白云石经煅烧、硝化处理后,再经CO2碳化、热解等一系列处理后即得轻质氧化镁。
④晶体碳酸钙将氢氧化钙与盐酸反应生成氯化钙,经CO2碳化后即得碳酸钙,⑤碳酸钡重晶石与煤粉进行还原焙烧后,经CO2碳化后制取。广泛用于光学玻璃制造,烟火、化妆品、瓷砖、陶器、搪瓷等生产。
(8)在有机化工方面应用
CO2在有机合成化学中的应用已成为现代化学最重要的课题,CO2可能成为未来的重要碳源。我国CO2研究工作起步晚,尚未很好利用,在当前能源和基本化工原料紧缺的情况下,利用CO2资源开发化工原料,合成化工产品有着广阔的前景。
①乙醇日本三菱重要和东京电力联合开发出利用绿藻类植物将CO2转化成燃料乙醇的技术,但由于CO2合成乙醇的工艺十分复杂和困难,故一直拖延。
②甲醇 CO2催化加氢制甲醇是有效利用CO2的重要途径,国外对此都做了大量研究工作。
德国Lurgi和Sudchemie公司开发出一种用CO2为原料制甲醇的新工艺,他们推出了新反应器和新催化剂体系。与传统工艺相比,合成环路系统内的设备尺寸较小,循环报速率投资费也较低。
③以CO2为羰化剂制取产品主要产品有水杨酸、对羧基苯甲酸、2,4-二羟基苯甲酸(雷锁辛)、2,5-二羟基苯甲酸(2,3酸)、邻甲基水杨酸等杂。
④碳酸二甲酯日本NIMCR开发从聚甲醛和超临界CO2制造碳酸二甲酯的技术,改变了原有的光气或CO原料路线,改善了环保与安全。
⑤苯乙烯 CO2制苯乙烯,并可减少能耗90%。用CO2替代高温水蒸气,让苯和乙烯反应,最后制取苯乙烯,也有助于保护地球环境。
⑥双氰胺由石灰氮水解、减压过滤、CO2脱钙、碱性聚合、结晶干燥等过程制取,用于染料、涂料、胶粘剂、合成洗涤剂等。
⑦碳酸丙烯酯由CO2和环氧丙烷为原料,在一定温度和压力下合成制取。广泛用于印染、轻纺、化肥、有机合成等行业。
⑧甲酸及其衍生物利用超临界CO2同时作溶剂和反应物⑨CO2甲烷化
⑩天然气和CO2转化成CO和H2的合成气⑾CO2合成乙烯日本东京都大学利用两个串联的反应器,将CO2高速合成乙烯。
(9)CO2染色法
德国科研人员最近发明了一种用CO2作染色媒介的新工艺,使得纺织品不用经过传统的水处理就能染上颜色。
(10)合成有机高分子化合物
(11)干冰应用开发
目前,国内干冰主要用于海产品和蔬果产品的防腐保鲜及食品冷冻保鲜。还有很多领域待开拓发展,如木材保存剂,在密闭仓库内,用含有0.1%~10%异硫氰酸烯丙酯的干冰蒸汽熏蒸木材,可延长其保存期;混凝土添加剂,在搅拌混凝土时混入粉末状干冰,可控制混凝土的热裂解;
(12)其他
超临界CO2清洗,这种方法与用水或其他溶剂的常规清洗方法相比,清洗费用可降低1/2,清洗部件不需干燥处理,清洗时间大大缩短(仅几分钟),且不污染环境,现在推广应用。
超临界CO2萃取螺旋中β胡萝卜素。
近年利用海藻和CO2生产石油的研究又有了新进展。
由此可见,CO2是一种重要的资源,适用于国民经济各个领域,具有广泛的利用价值。我们要重视CO2资源的综合利用,尤其是要加快以CO2为原料合成各类无机、有机及高分子产品的研究开发工作,变“废”为宝,更好地为国民经济建设服务。
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