氟利昂的组成及对大气臭氧层的破坏机理分析

氟利昂的组成及对大气臭氧层的破坏机理分析

氟氯烃（简称CFC S,其商品名为氟利昂:Freon）几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称。氟利昂主要用作制冷剂。由于氟利昂可能破坏大气臭氧层，已限制使用。

氟利昂的特性：氟利昂是一种透明、无味、无毒、不易燃烧、爆炸和化学性稳定的制冷剂。不同的化学组成和结构的氟利昂制冷剂热力性质相差很大，可适用于高温、中温和低温制冷机，以适应不同制冷温度的要求。氟利昂对水的溶解度小，制冷装置中进入水分后会产生酸性物质，并容易造成低温系统的“冰堵”，堵塞节流阀或管道。另外避免氟利昂与天然橡胶起作用，其装置应采用丁晴橡胶作垫片或密封圈。常用的氟利昂制冷剂有R12、R22、R502及R1341a。其中氟利昂12（CF2CL2，R12）：是昂制氟利冷剂中应用较多的一种之一，主要用于中、小型食品库、家用电冰箱以及水、路冷藏运输等制冷装置中。R12具有较好的热力学性能，冷藏压力较低，采用风冷或自然冷凝压力约0.8-1.2KPa。R12的标准蒸发温度为-29℃，属中温制冷剂，用于中、小型活塞式压缩机可获得-70℃的低温。而对大型离心式压缩机可获得-80℃的低温。近年来电冰箱的代替冷媒为R134a。氟利昂22（CHF2CL，R22）：也应用较多，主要用于家用空调和低温冰箱中。R22的热力学性能与氨相近，标准气化温度为-40.8℃，通常冷凝压力不超过1.6MPa。R22不燃、不爆，使用中比氨安全可靠。R22的单位容积比R12约高60%，其低温时单位容积制冷量和饱和压力均高于R12和氨。近年来对大型空调冷水机组的冷媒大都采用R134a来代替。氟利昂502（R502）：R502是由R12、R22以51.2%和48.8%的百分比混合而成的共沸溶液。R502与R115、R22相比具有更好的热力学性能，更适用于低温。R502的标准蒸发温度为-45.6℃，正常工作压力与R22相近。在相同的工况下的单位容积制冷量比R22大，但排气温度却比R22低。R502用于全封闭、半封闭或某些中、小制冷装置，其蒸发温度可低达-55℃。R502在冷藏柜中使用较多。氟利昂134a（C2H2F4，R134a）：是一种较新型的制冷剂，其蒸发温度为-26.5℃。它的主要热力学性质与R12相似，不会破坏空气中的臭氧层，是近年来鼓吹的环保冷媒，但会造成温室效应。是比较理想的R12替代制冷剂。

然而氟利昂作为臭氧层空洞的主要破坏者，其破坏机理是怎样的了？一般认为，太阳活动引起的太阳辐射强度变化，大气运动引起的大气温度场和压力场的变化以及与臭氧生成有关的化学成分的移动、输送都将对臭氧的光化学平衡产生的影响，从而影响臭氧的浓度和分布。而化学反应物的引入，则将直接地参与反应而对臭氧的浓度产生更大的影响。人类活动的影响，主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、消费和排放方面。在所有与臭氧起反应的物质中，最简单而又最活泼的含碳、氢、氯和氮几种元素的化学物质，如氧化亚氮（N2O）、甲烷（CH4）和现在最受重视的氯氟烃（CFC）等。这些物质在低层大气层正常情况下是稳定的，但在平流层受紫外线照射活化后，就变成了臭氧消耗物质。这种反应消耗掉平流层中的臭氧，打破臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的增加，从而给地球生态和人类带来一系列问题。然而臭氧的平衡在自然状态下，大气层中的臭氧是处于动态平衡状态的，当大气层中没有其它化学物质存在时，臭氧的形成和破坏速度几乎是相同的。氯氟烷烃与臭氧层氯氟烷烃是一类化学性质稳定的人工源物质，在大气对流层中不易分解，寿命可达几十年甚至上百年。但它进入平流层后，受到强烈的紫外线照射，就会分解产生氯游离基·CI，氯游度基与臭氧分子O3作用生所氧化氯游离基。CIO和氧分子O2消耗掉臭氧进而氧化氮游离基与臭氧分子作用生成氯游离基，如此，氯游离基不断产生，又不断与臭氧分子作用，使一个CFC 分子消耗掉成千上万个臭氧分子。其主要反应式如下（以CFC-11为例）：CFCI3－·CFCI2+CI·CI·O3－CIO·+O2CIO·+O3－CI·+2O3

作为臭氧层元凶而被人们高度重视的CFC，有5种物质为“特定氟利昂”，它们主要用作致冷剂、发泡剂、消洗剂等。其产品一直在增加，直到知道利用CFC作气溶胶在潜在危险

后才开始下降，通过实施控制措施，特定氟利昂的生产量下降。溴化物与臭氧层世界气象组织认为，溴比氯对整个平流层中臭氧的催化破坏作用可能更大。南极地区臭氧的减少至少有2%是溴的作用所致。氮氧化物与臭氧层氮氧化物系列中的N2O（氧化业氮），化学性质稳定，至今不清楚它对生物的直接影响，因而还未列为大气污染物。但是N2O同氯氟烃一样能破坏平流层臭氧，同二氧化碳一样，也是一种温室气体，并且其单个分子的温室效应能力CO2分子的100们。南极臭氧洞的形成原因关于南极臭氧洞的形成和发展，人们曾认为主要是由于CFC单个因素的破坏，但是，用CFC的光化学反应不可能解释臭氧洞的准两年周期波动和11年左右的周期变化。在南极地区的大规模大气物理和化学综合观测以及相应的化学动力学理论和实验研究，较好的回答了为什么主要在北半球中纬度地区排放CFC对南极地区臭氧的破坏最大这一问题。在南极地区，每年4月~10月盛行很强的南极环极涡旋，它经常把冷气团阻塞在南极达几个星期，使南极平流层极冷（-84摄氏度以下）因而形成了平流层冰晶云。实验证明，在这种特定的条件下，破坏臭氧的两个过程（即CI+O3－CIO+O2和CIO+O2－CI+O2）将因原子氯的活性大大增加而变得更为有效，这就使南极春天平流层臭氧浓度大幅度下降。在北极地区，虽然也存在环极涡旋，但其强度较弱，且持续时间较短，不能有效地阻止极地气团与中纬度气团的交换，再加上气体交换造成的臭氧向极区输送便使北极臭氧洞不像南极明显。

由于臭氧层的破坏，太阳紫外线中以往极少能到达地面的短波紫外线也将增加，使得皮肤病与白内障患者将会增加。同时臭氧层的破坏对生物也有害，敏感的物种生长缓慢，有些花粉不能萌发。它还能损伤植物激素和叶绿素，从而使光合作用降低。在气候方面，平流层中臭氧对气候具有两种相反的效应：如果平流层中臭氧浓度降低，在这里吸收掉的紫外线辐射就会相应减少，平流层自身会变冷，这样释放出的红外辐射就会减少，因之会使地球变冷。另一方面，因辐射到地面的紫外线辐射量增加，会使地球增温变暖。如果整个平流层中臭氧浓度的减少是均匀的，则上述两种效应可以互相抵消，但是如果平流层的不同区域的臭氧层浓度降低不一致，两种效应就不会相互抵消。

因此保护臭氧层应作为全球环境问题，需要全球全作行动，并将此问题纳入议事日程，为制订全球性的保护公约和合作行动作了大量的工作。让我们一起携手保护地球！