一氧化二氮

一氧化二氮是約瑟夫·普利斯特里在1772年發現的，漢弗萊·戴維自己和他的朋友，包括詩人柯爾律治和羅伯特·騷塞在18世紀90年代試驗了這種氣體。他們發現一氧化二氮能使病人喪失痛覺，而且吸入后仍然可以保持意識，不會神志不清。不久后笑氣就被當作麻醉劑使用，尤其在牙醫師領域。因為通常牙醫師無專職的麻醉師，而診療過程中常需要病患保持清醒，并能依命令做出口腔反應，故在此氣體給牙醫師帶來極大的方便。

一氧化二氮的分子是直線型結構。其中一個氮原子與另一個氮原子相連，而第二個氮原子又與氧原子相連。它可以被認為是 和 的共振雜化體。 注意不要將一氧化二氮和其他的氮氧化物混淆，比如二氧化氮NO2和一氧化氮NO。 將一氧化二氮與沸騰汽化的堿金屬反應可以生成一系列的亞硝酸鹽，在高溫下，一氧化二氮也可以氧化有機物。

熔點-90.8℃

沸點-88.49℃

臨界溫度36.5℃ 

臨界壓力7.263×10? Pa

相對密度1.977

折光率1.0005-7265 bar

加熱硝酸銨可以生成一氧化二氮和水： ，工業上對硝酸銨熱分解可制得純度95%的一氧化二氮，一個笑氣分子與六個水分子結合在一起。當水中溶解大量笑氣時，再把水冷卻，就會有笑氣晶體出現。把晶體加熱，笑氣會逸出，人們利用笑氣這種性質，制高純笑氣。

急性毒性：一氧化二氮作為吸入麻醉劑在醫藥上應用已久，現在已經很少用它了。吸入一氧化二氮和空氣的混合物，當其中氧濃度很低時可致窒息；吸入80%一氧化二氮和氧氣的混合物引致深麻醉，蘇醒后一般無后遺作用 。

俗稱“笑氣”的一氧化二氮是一種麻醉性氣體，曾經廣泛被應用于醫學手術中。但“笑氣”進入血液后會導致人體缺氧，長期吸食可能引起高血壓、暈厥，甚至心臟病發作。此外，長期接觸此類氣體還可引起貧血及中樞神經系統損害等。

使用氮氧加速系統的改裝車輛將一氧化二氮送入引擎，遇熱分解成氮氣和氧氣，提高引擎燃燒率，增加速度。氧氣有助燃作用，加快燃料燃燒。

一氧化二氮可以用作火箭氧化劑。這比其他氧化劑優勢化處是因為它是無毒的，在室溫下穩定，易于儲存和相對安全地進行飛行。第二個好處是可以很容易分解成呼吸的空氣。

在食品界中用于發泡劑和密封劑等。

大氣N2O的重要來源之一是農田生態系統，在土壤中，N2O是由硝化、反硝化微生物產生，人們向農田中施入過量氮肥，促進微生物活動，通過硝化、反硝化過程（nitrification and denitrification）使氮素轉化為N2O 。污水生物脫氮硝化和反硝化過程也會引起氧化亞氮的排放，溶解氧的限制、亞硝酸鹽的積累和羥胺的氧化都是導致氧化亞氮產生的原因。

便攜式氣相色譜法。

尾氣中一氧化二氮的脫除

脫除尾氣中N2O的方法主要有高溫分解法、 選擇性催化還原法和催化分解消除法。

高溫分解法是令N2O和燃料氣在高溫(1200～1500℃) 下反應分解，這種技術工藝簡單，不需要催化劑，但是操作費用較高，需要大量消耗燃料氣，且高溫反應設備的維護難度較大。因此利用高溫分解 方法脫除化工尾氣中N2O組分在實際應用中會受 到一定限制。目前，日本Asahi公司和著名化工公司DuPont已將此方法用于己二酸工廠中。

選擇性催化還原法通常選用氨或天然氣為還原劑，加入負載型貴金屬催化劑，根據還原劑和催 化劑的不同調節適宜的反應溫度( 通常在 200 ～ 600℃ ) ，從而實現N2O的脫除。以Pd /FeAlPO-5 為催化劑，研究了 在不同活性組分含量以及溫度等條件下CH4還原N2O的效果。研究指出，以PdAlPO-5 為催化劑，373℃時，N2O轉化率可以達到90% 。

在沸石催化劑條件下CH4對N2O的還原效果，指出相比直接分解，還原劑的引入使N2O在同樣催化劑和溫度條件下的分解率大幅提高。在130℃ 時H2對N2O的消除率達到 90% 在 360℃ 時，CO 對N2O的分解率可以達到100% 。

催化還原法脫除N2O的技術在俄羅斯和美國 的硝酸工廠已有應用案例。這種方法的脫除率較高，但隨脫除反應的進行會引入新的雜質 (CO、CO2) 造成二次污染。其中還原劑的使用也會提高脫除過程的成本，因此該方法在商業應用推廣過程中同樣會受到一定限制。特別的，如果天然氣作為汽車燃料的 技術被推廣使用，那么利用甲烷作還原劑處理汽車 尾氣中N2O的工藝可能會有較好的應用前景。

催化裂解消除法是指在催化劑的作用下使N2O直接分解為O2和N2。由于 這種方法不需要引入其他參與脫除反應的物質，成 本較低且不會引起二次污染，因此引起研究者廣泛關注。N2O分解過程所需的活化能較高( 250kJ/mol) ，在沒有催化劑參與的條件下很難進行，因此研 究的焦點主要集中在新型低溫高活性裂解催化劑的 研發。

自20世紀70年代開始，研究者研發了大量的可用于催化分解N2O的催化劑，較多研究已經在實驗室中取得了理想的效果，目前已研發的催化劑依據活性組分的不同可以分為金屬氧化物催化劑、負載型貴金屬催化劑和金屬離子交換的分子篩三大類。金屬氧化物催化劑的催化活性較高，主要有過渡金屬氧化物(Co3O4、CoO、NiO) 、堿土金屬氧化物 (CaO、MgO) 和稀土金屬氧化物及其復合金屬氧化物等。

負載型貴金屬催化劑是較早用于分解N2O研 究的催化劑，并借助載體的大比表面積和活性組分的高分散性，得以適用于實際的工業過程。此類催化劑的活性受到活性組分和載體種類的共同影響。 目前常用的載體有 Al2O3、MgO、SiO2、TiO2 和 ZrO2等，常用的金屬有 Rh、Ru、Pd、Pt、Au 和In等。 分子篩催化劑多是以過渡金屬( Fe、Co、Ni、Cu、 Ru、Rh、Pd 等) 離子交換 ZSM-5、ZSM-11 以及X型 等分子篩而得到。 其中混合金屬氧化物催化劑活性較高且有較好 的熱穩定性，已經在工業過程中獲得實際應用。

貴 金屬催化劑具有較高催化活性和良好的抗水抗硫性 能，但由于活性溫度窗口較窄限制了實際應用。金屬離子交換的分子篩催化劑由于其更高的催化活性 而備受關注，但由于分子篩水熱穩定性差，限制了其在實際工業過程的應用。 目前利用直接催化分解的應用案例較多，但長期以來，該方法涉及的催化劑技術只掌握在少數發 達國家的幾家企業，如BASF、Invista、Radici等，且屬 于專利技術。

直至 2015 年，普恩科技公司與北京化 工大學合作開發的N2O分解催化劑試運行成功，才標志著N2O分解催化劑實現國產化。 由于國內N2O催化分解技術的研究起步較晚， 因此目前國內硝酸、己二酸生產企業處理尾氣中N2O的工藝多為購買國外催化劑相關產品。如中石 油江陽石化分公司采用BASF公司開發的金屬氧化 物催化劑。河南神馬尼龍化工有限責任公司采 用Invista公司的催化劑產品。安徽淮化股份有 限公司和黑化集團CDM項目均采用 Johnson Matthey 公司的催化劑產品及相關技術。

尾氣中一氧化二氮的回收利用

制備N2O的主要方法有硝酸銨熱分解法和氨 的接觸氧化法。據報道，目前國內生產N2O基本都 是采用硝酸銨干法分解的生產工藝，該工藝也是目 前國際通用化流程，但是設備成本較高。

直接制 備得到的產品純度通常較低，經純化后純度達到 99% 的產品能夠滿足醫藥等領域的應用，但對于微 電子領域而言，這樣的純度遠不能夠達到指標要求。 在N2O產品純化方面，已有相關研究報道了以 低純度N2O為原料，利用純化工藝制備高純N2O的 方法，并對低純度原料氣中的各種雜質脫除進行了 相關的實驗研究。 多數化工企業為了達到環保要求，會在尾氣排 放前進行N2O脫除處理。然而，考慮到N2O作為產 品的廣泛應用前景以及直接制備該產品的成本問題，當尾氣中N2O含量較高時，如硝酸和己二酸生 產過程所產生的尾氣，選用直接脫除的處理方法雖 然可以滿足環保要求，卻也是一種對潛在資源的浪費。因此，回收純化制備不同級別的N2O產品技術 已經引起較多的關注，在滿足環保要求的同時，利用 副產品實現收益。目前，山東金博環保科技有限公 司以及金宏氣體同河南平頂山神馬集團公司合作正 在籌劃建設產能可觀的尾氣回收純化N2O的工程項目。

回收純化尾氣中的N2O組分的過程與以低純 度產品為原料制備高純產品的情況有所不同，針對 不同工藝過程尾氣中N2O含量以及雜質組分的不 同，往往不能通過單一的純化單元純化得到滿足指 標要求的高純N2O產品。

依化工過程不同，尾氣中所含雜質組分也會相 應不同，通常情況下會含有 CO2、CO、烴類、H2O、 NO、NO2、H2、N2 中的多種。吸附法是已有純化研究 中選用的主要方法，這對于純化少量低純度產 品的過程而言是可行的。但從操作和經濟性的角度 考慮，并不適用于處理大量雜質含量較高的化工尾 氣，此時依據所含雜質具體情況通常需要聯合吸附、 精餾等多種處理單元以完成純化過程。

有專利技術利用化學凈化、吸附以及精餾的集成工藝脫除尾氣中雜質后得到高純N2O產品。其中化學凈化過程利用堿液脫除尾氣中的酸性氣體( CO2、NO2 ) ，吸附單元利用分子篩物理吸附脫除C2H2、NO、CO、H2O等雜質，最后利用精餾單元脫除其他相對揮發度大的組分后在塔底得到產品，產品純度可以達到 6N。也有專利技術首先利用干燥、吸附單元脫除尾氣中水分和重組分雜質，然后利用精餾的方法分離脫除其他雜質，在塔底得到產品，產品純度最高可達到 6N。