氧气在医疗方面的应用

氧气在医疗方面的应用

氧气是一种无色无味的气体，在标准状况下，家用制氧机其密度为 1.429kg/m3，比空气密度较大。难溶于水，在室温下，1L 水中只能溶解约30mL 氧气；在压强为101kPa时，氧气在-183℃时变为蓝色液体，在-218℃时会变成淡蓝色雪花状固体。氧气化学性质较为活泼，与大部分元素都能发生氧化反应。氧气广泛分布于大气中，在空气中的含量为20.95%（V/V），是许多生物赖以生存的资源。

1.1 氧气的应用

1.1.1 氧气在医疗方面的应用

氧是人体不可缺少的生命元素，是产生机体功能活动所需能量的重要物质。现代研究表明在人体的新陈代谢过程中，必须一刻不停地吸入氧气，呼出二氧化碳，在此过程中必须有足够的氧气，各种营养物质必须同氧气结合，才能完成生理氧化过程，产生出能量。所以氧是人体代谢活动的关键物质，是人体生命运动的第一需要。人体一旦缺氧就会产生严重后果，甚至会导致生命危险。氧疗保健是利用补给氧气干预人体的生理、生化内环境，促进代谢过程的良性循环，以达到治疗疾病、缓解症状、促进康复、预防病变和增进健康的目的。临床实践证明，氧疗保健以其独特的治疗机理，对临床各科的急慢性缺血缺氧症状和因缺氧引起的继发性疾病，具有显著的疗效。比如，心脑血管疾病在急救过程中需要及时补给氧气；心脑血管疾病、呼吸系统疾病，由于其循环系统供氧不足，从而导致新陈代谢异常。

1.1.2 氧气在化工方面的应用

冶金行业对氧气的需求量非常大，其用氧量占全国用氧量的54%，主要用于转炉炼钢、富氧喷吹、熔融还原等。除此之外，在污水处理、造纸及养殖行业，氧气也有广泛应用。碳分子筛成功问世，或用沸石分子筛的VPSA（真空变压吸附）法，从空气中制氧或制氮，1980 年单床PSA（变压吸附）制取医用氧设备开发成功。吸附作用指的是在两相交界面上，物质分子浓度自动发生变化的现象。吸附现象能够发生在固-液、固-气及液-气界面上。吸附剂表面具有多余的自由能，这是吸附剂具有吸附能力的原因。

吸附分离是借助于下述三种机理之一来实现的：动力学效应、位阻效应和平衡效应。动力学分离是借助于不同分子的扩散速率之差来实现的，位阻效应是由沸石的分子筛分性质产生得来的，在此情况下，只有小的并具有适当形状的分子才能扩散进入吸附剂，而其它分子都被阻挡在外。由于大多数过程都是通过混合气体的平衡吸附来完成的，因此被称为平衡分离过程。

变压吸附法制氧、氮是在常温下进行的，其工艺有PSA（加压吸附/常压解析）或VPSA （常压吸附/真空解析）两种。沸石分子筛常用于制取氧气，碳分子筛用于制取氮气。德国林德公司20 世纪80 年代以来的单位氧产品能耗最低可达0.042kW.h/m3O2。1991 年，日本三菱重工制成世界上最大的PSA 制氧设备，其产氧量可达8650m3/h。我国的PSA 制氧设备已初步系列化，其产氧量可达2600 m3/h，氧纯度≥90%。低温蒸馏法、变压吸附法和薄膜分离法的规模、经济性、技术成熟程度和能耗等待比较见表1-1。1.3 常用吸附剂从原则上讲，所有微孔颗粒都可以作为气体分离和净化的吸附剂，比如煤炭、煅烧粘土、氧化铁、木炭及煅烧铝土，但是，本论文所讨论的几种吸附剂都是一些易于控制和高微孔率的而且能大量生产的品种。

1.3.1 吸附剂的特征

吸附剂最重要的特征是它的高孔隙率，所以，物理特性一般比化学特性更为重要。吸附剂的微孔结构可以用标准化技术来描述，孔体积、孔径分布和表面积是吸附剂比较重要的物理特性。而实际应用中，堆积密度、压碎强度和耐蚀能力等也比较重要。吸附剂的表面积可

用BET 法测定，也可用较简单的Point B 法来估算。在这两种方法中通常都要用到在液态N2温度77K 下氮气的吸附数据。表面积被当作以假设液体密度和密排六方而得到的N2分子表面积16.2Α。2为基础的单层覆盖厚度的面积。