一氧化碳中毒 一氧化碳的工业来源及其应用
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文章编号：1005－6629(2009)05－0050－04 中图分类号：O613.7文献标识码：E CO是众所周知的有毒气体，人为排放到空气中的CO易造成空气污染并严重影响人体健康。但CO是碳的一种重要化合物，具有可燃性、还原性和加合性等化学性质，在科学、技术以及社会生产和生活中应用广泛。
1CO的工业来源
工业上CO的主要来源是水煤气和烃等。水煤气是由水蒸气与灼热的焦炭反应得到：
C(s）+H2O(g)CO(g)+H2(g)
该反应是一个吸热反应，所需热量由同时进行的碳的燃烧来提供：
C(s)+O2(g)CO2(g)
碳燃烧过程中如使用空气或氧气， 则分别得到低热值或中热值的合成气（CO+H2）。两者的组成（CO与H2的比值）、热值和用途均不同[1]。
在发展“洁净煤技术”的绿色化学化工过程中，我国完成的新型水煤浆气化中试装置，碳的有效转化率在98%以上，能产出含量达83%的有效合成气（CO+H2）， 各项技术参数接近或达到世界先进水平。中国矿业大学的科研人员在开展地下煤炭气化技术研究中，大胆进行探索，借鉴水煤气生产原理，通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气，能连续产出热值高达12500 kJ/m3的煤气，最高时可达16000 kJ/m3，既含有CO又含有H2，获得了世界性的突破。目前，这一技术已进入实用阶段。
合成气中的CO含量一般在25%─40%，为获得工业生产中所需高质量的CO，最早采用深冷分离法，尽管该法可制得纯度极高的CO气体，但需高压低温，能耗大、成本高，只有采用大规模装置生产时才具有经济价值。而变压吸附法是一种有效分离CO的方法，它操作方便、能耗低，但实现该技术的关键是研制开发出高效的CO吸附剂。
为此，我国北京大学的科研人员利用铜离子能与CO络合的性质，研制出了对CO有高吸附容量和高选择性的氯化亚铜（CuCl）分子筛高效吸附剂，其吸附性能达到国际领先水平，获中国、美国、加拿大三国发明专利。利用此吸附剂，已开发成功大规模变压吸附分离CO的工程技术，并于2003年2月在江苏丹化醋酐有限公司实现了大规模工业化生产。该项具有自主知识产权的原创性重大应用技术，对原料气中的CO吸收率高于85%，分离出的CO纯度高于98.5%，其应用前景十分广阔。
广泛用于有机合成的CO还可由CO2气体和灼热的石墨反应制备，其化学反应方程式为：CO2(g) +C(s,石墨) 2CO(g)。研究表明，由于生成CO是个吸热反应，在温度为298.15 K时，平衡常数K 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 2.4 用于冶金工业的还原剂
CO是一种重要的冶金工业精炼还原剂。例如钢铁生产中，常用焦炭作还原剂，焦炭在高炉中主要发生下列反应：
C(s)+O2(g)CO2(g)
C(s)+CO2(g)2CO(g)
故实际最后起还原铁矿石作用的主要是CO而不是焦炭。
同时，冶金工业上为了减少燃煤时产生的硫的氧化物对空气和水质的污染，常用氨水、熟石灰的乳浊液或生石灰等吸收SO2。有时还采取“以毒攻毒”的方法，在500 ℃和铝钒土的催化作用下，利用CO来还原烟道气中的SO2，并回收得到硫。
2.5 制备光降解塑料
CO与乙烯基聚合物可发生共聚反应生成聚酮[3]。聚酮分子链中含有大量的羰基，能吸收太阳光中波长为280～290 nm的紫外光而发生光化学反应，故聚酮类高分子材料在室外能发生光降解。目前，美国Dow Chemical 和Du Pont等公司已经工业规模化生产CO与乙烯（E/CO）的共聚酮。聚酮的分子链中酮基的含量越高，其降解速率越快，在共混物中加入二氧化钛（TiO2）可提高光降解速率。如与淀粉、纤维素等生物材料共混合则能得到光和生物双重降解的高分子材料。低酮含量的E/CO可直接作为降解塑料，高酮含量的E/CO常被用作母料与非光降解性聚合物共混制造光降解塑料。除E/CO之外，利用CO与丙烯、对叔丁基苯乙烯等共混，还可制得交替结构的聚酮，得到不同性能的光降解塑料产品。我国科学工作者在这一领域也已开展了卓有成效的研究工作，这对解决环境污染，充分利用自然资源等具有重大意义。
2.6制备金属羰基配位化合物
在金属羰基配位化合物中，CO以碳原子和金属原子相连，M－C－O在一直线上，CO分子一方面提供孤对电子给予中心金属原子的空轨道形成б键；另一方面又有空的反键π�轨道可以和金属原子的d轨道形成π键，两方面的键合称为б－π配键，互相促进，因此， CO中的碳原子作为配位原子易与过渡金属元素形成稳定的配合物。利用CO作为配体，可制备多种羰基化合物，如Fe(CO)5、Cr(CO)6、Ni(CO)4等，这些物质不稳定，受热分解可制备高纯的Fe、Cr、Ni等金属。长期以来，科学家们以CO等简单分子作原料，致力于开发研究金属有机化合物，以制备有机合成反应的高效和高选择性催化剂，以及制取高纯度的金属等。随着纳米科学技术的发展，美国康奈尔大学的科学家于20世纪90年代末，利用CO分子结构的特殊性，在实验温度为-260 ℃的条件下，已成功地将CO分子和Fe原子组合起来，制得了FeCO和Fe(CO)2分子。这一研究成功的意义在于[6]： 不但有助于人们了解化学键的性质，还有助于制造更为复杂的分子，从而丰富和发展物质结构理论。
2.7其他应用
CO还可用作石化工业聚烯烃塑料生产反应中的中止剂、半导体工业多晶碳钻石膜生产中化学气相淀积工艺的碳源、激光气体组分等。
3CO与食品气调技术
研究发现，CO作气调包装食品有某些有利的防腐效果，比之CO2和N2，它能够几倍甚至几十倍地延长鱼肉的货架期，使之保持肉色鲜红。因此，近年来国外用CO作为一种新型气体发色剂在畜产品（如牛肉）和水产品（如金枪鱼）等加工中的应用越来越广泛。但其发色产品的安全性问题尚未解决，因此，一氧化碳作为气调贮藏气体补充剂的商业应用，还有待进一步的试验和研究[7]。对此，我国农业部颁布的并于2008年5月1日起实施的“生食金枪鱼标准”中，就包括了“禁止使用一氧化碳保色工艺”的内容。
4 医学科学研究与CO
CO过去一直被认为是对生物体有毒性的气体， 但20世纪80年代以来的科学研究发现[8]，生物体内的血红素在血红素氧合酶的作用下，能被氧化分解出极微量的CO。这种内源性的CO具有神经信息传递功能，能介导某些生理和病理活动，并在发挥生物效应后经血红蛋白运输，由肺部排出体外。它与血压调控、肌肉松弛、激素的释放、痛觉与嗅觉的发生等有关，且在维持血管能力和心肌保护中也起作用。
据英国广播公司2007年10月份报道，英国谢菲尔德大学的研究人员发明了使用一氧化碳帮助器官移植的新方法[9] 。该方法是利用载体分子将小剂量一氧化碳通过准确定点注射或口服进入患者体内，或调整分子设计使它指向特定部位，而对身体其他部位不产生影响。由于这种分子是水溶性的，能很快进入血流，容易被吸收，其微量的一氧化碳有助于扩张―血管，减少炎症，从而提高移植器官的成活率，克服了传统的一氧化碳吸入法有导致患者和医务人员意外吸入高剂量一氧化碳而中毒的风险。实验室试验显示这种方法前景良好，研究人员希望在2010年前开始人体试验。
目前，尽管对CO在人体中的作用机制尚不十分清楚，但随着研究的深入，希望不久的将来，人们能够有效利用CO来为人类的健康服务。
参考文献：
[1]普通高中课程标准实验教科书・化学（选修2)[S].北京：人民教育出版社,2005：41.
[2]傅献彩等.物理化学,(下册)[M].北京:高等教育出版社,1990:850.
[3]贡长生，张克立.绿色化学化工实用技术[M].北京:化学工业出版社,2002:395，441.
[4]陈国权等．合成气化学化工百科全书（第6卷）[M].北京：化学工业出版社，1997
[5]黄宝圣.洁净煤技术方兴未艾――我国煤炭工业的绿色化技术.化学教育[J],2005,(2):3.
[6]白春礼.纳米科技[J].化学通讯,2000,6。
[7]一氧化碳用来保鲜安全吗？http://www.省略.2007－2－2.
[8]高剑南,陈一虎.试论物质的两面性.化学教学[J].2004,(9):2.
[9]英科学家发明使用一氧化碳帮助器官移植新方法.http://news.省略.2007－10－22.
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