什么是氧化?

[拼音]：yanghua

[外文]：oxidation

氧和其他分子化合的反应过程。无机化学反应过程中原子或离子的化合价发生变化的过程称为氧化－还原过程。燃烧是一种完全氧化过程。但化学工业所指的氧化是以生产化工产品为目的的氧化过程，所以主要是不完全氧化，称选择氧化。在烃类裂解或转化(见合成气)过程中，燃烧部分烃类原料以获得反应所需高温及热量，这种过程称为部分氧化。化工生产中有时还将氧化过程与其他过程（例如脱氢、卤化）结合进行。

早在1896年，德国巴登苯胺纯碱公司已用液相法将萘氧化成邻苯二甲酸酐。此后至第二次世界大战结束，工业上出现的重要氧化过程有：德国的甲醇气相氧化制甲醛(1910)；美国国民苯胺和化学品公司的苯气相氧化制顺丁烯二酸酐(1933)；联合碳化物公司的乙烯空气气相氧化制环氧乙烷(1937)；乙醛液相氧化制醋酸(1930)。50年代末期，联邦德国瓦克化学公司开发了乙烯氧化制乙醛的液相法，这是使用络合催化剂的氧化过程。50年代开发的重要液相氧化过程还有对二甲苯氧化制对苯二甲酸，以及异丙苯氧化成过氧化氢异丙苯进而分解制苯酚和丙酮。

自1960年美国俄亥俄标准油公司开发了从丙烯经氨化氧化制丙烯腈的过程，并成功地将其用于工业生产以后，氧化反应的基础研究得到了较快发展，许多氧化过程得到开发并应用于工业生产，例如丙烯氧化制丙烯酸，乙烯气相乙酰氧基化制醋酸乙烯酯，丁烯氧化脱氢制丁二烯，邻二甲苯氧化制苯酐，乙烯氧氯化制二氯乙烷，以及丙烯与乙苯或异丁烷共氧化制环氧丙烷等。60年代开发的主要是气相氧化过程。70年代后，着重于对原有过程的改进，如简化流程，缓和工艺条件，降低能耗，采用高效催化剂，节约原材料，以及副产物的综合利用等。

常用的含氧化合物氧化剂有：高锰酸钾、重铬酸钾、三氧化二铬、过氧化氢、氯酸钾或有机过氧化物等。这些氧化剂在反应过程中能释出新生态氧。新生态氧远较分子氧活泼，在缓和条件下于液相中即可起氧化作用。但这些氧化剂的价格较高，一般只用于生产染料、医药、化学试剂等规模较小的精细化工生产。用纯氧或空气作氧化剂的某些过程，如硫氧化为二氧化硫、磷氧化为五氧化二磷等，可以不需要催化剂；但大多数有工业意义的以分子氧为氧化剂的氧化过程，须在催化剂存在下进行，这就是近代化学工业中较常见的催化氧化过程。

有机化学工业中的氧化过程主要有下列五种类型：

（1）氧加成 如乙烯氧化制乙醛：

乙烯氧化制环氧乙烷：

（2）氧取代 如丙烯氧化制丙烯醛：

CH2＝CHCH3+O2-→CH2＝CHCHO+H2O

（3）氧取代伴随碳链断裂 如萘氧化制邻苯二甲酸酐：

（4）伴有氧化的其他反应 主要有氨化氧化，例如：

氧化氯化，例如：

氧化脱氢，例如：

（5）部分氧化 如甲烷部分氧化制合成气。

标准自由焓变化表明，氧化反应极易逐步加深，最终可导致完全氧化。例如：

最后全部变成二氧化碳和水。因此，必须采用具有特定催化性能的催化剂，使氧化反应控制在一定的阶段，有选择地生成目的产物。所用催化剂大部分为过渡元素的金属氧化物，也可采用贵金属和金属盐。

（1）金属氧化物催化剂 一般由复合金属氧化物所组成。其中一部分组分起活性作用，如钒、钼、锰、铬、铁等的氧化物，另一部分组分起助催化剂作用，如铋、锑、钾、磷、硼等的氧化物。为了改进催化的活性和选择性，有的氧化催化剂组分相当复杂，如磷-钼-铋系丙烯氨化氧化最新一代催化剂由7个以上组分所组成。

不同的金属氧化物组合能形成催化性能相同的催化剂，可用于相同的催化反应。例如磷-钼-铋、锑-铁等的氧化物组合，都是丙烯氨化氧化制丙烯腈的优良催化剂。同一的金属氧化物组合也可以用于不同的催化氧化反应。例如磷-钼-铋系氧化物催化剂可以用于丙烯氨化氧化制丙烯腈，也可以用于丙烯氧化制丙烯醛或用于丁烯氧化脱氢制丁二烯。

（2）金属催化剂 主要是金属银、钯和铂，分别用于乙烯氧化制环氧乙烷，乙烯乙酰氧基化制醋酸乙烯酯，以及甲烷氨化氧化制氢氰酸。金属催化剂中常常也加入助催化剂，以稳定结构和改善性能，例如金属钯加金，金属银加钡或钙的氧化物。

（3）金属盐催化剂 常用的金属盐催化剂为金属的氯化物、醋酸盐或环烷酸盐。如氯化铜用于乙烯氧化氯化制二氯乙烷，醋酸锰用于乙醛液相氧化制醋酸，醋酸钴用于对二甲苯氧化成对苯二甲酸。

金属盐在氧化反应中也可以络合物的形式参与反应（见络合催化剂），如氯化钯在液相中与乙烯生成络合物才起反应，这是络合催化在氧化过程中的应用。

（1）有机物质与氧或空气混合可形成爆炸混合物，具有一定的极限值，进料中有机物质的含量一定要在极限值之外，否则易造成爆炸事故。当采用流化床反应器时，用分开进料方式，则可在极限值范围内 *** 作。

（2）提高反应温度固然可提高反应速度，但易引起完全氧化反应。氧化是强放热反应，尤其是完全氧化反应的热效应更大。对于气固相催化氧化反应，如反应温度过高，加速完全氧化反应，很容易发生飞速升温现象，称为“飞温”，从而使反应不能正常进行。故一般尽可能采用较低的反应温度，以利于提高选择性，也有利于反应的正常进行。

（3） *** 作压力视氧化反应不同而异，对于气固相反应过程，一般在常压下 *** 作。为了提高反应器的生产能力，也可适当提高 *** 作压力，如乙烯氧化制环氧乙烷是在2MPa压力下 *** 作。但有些氧化反应，如丙烯氨化氧化制丙烯腈，因提高 *** 作压力会降低生成丙烯腈的选择性，只能在常压下 *** 作。对于液相氧化反应，一般采用加压 *** 作，压力大致为0.3～2.0MPa。

（4）采用金属催化剂时，催化剂需经“驯化”，即在反应初期，在反应物和氧的浓度较低的气氛下逐步升温，使催化剂的金属晶粒缓慢“成长”，这样有利于提高催化剂的选择性和延长使用寿命。

实施氧化过程通常有气液相催化氧化法和气固相催化氧化法两种。气液相催化氧化法一般采用塔式反应器，催化剂溶于反应物料中，氧或空气鼓泡通入或经气体分布装置通入，用内部管件冷却或外循环换热以移去反应热。气液相催化氧化反应介质往往具有强腐蚀性，反应器需用耐腐蚀材料衬里或用不锈钢、钛等耐腐蚀金属制成。气固相催化氧化可采用列管式反应器，例如乙烯氧化制环氧乙烷以及乙烯乙酰氧基化制醋酸乙烯酯等过程。也有的氧化过程采用特殊形式的固定床反应器，如甲醇氧化脱氢制甲醛等。气固相氧化也可在流化床反应器中进行，如丙烯氨化氧化制丙烯腈，萘氧化制邻苯二甲酸酐等。

氧化是一种重要的化工生产手段。如在无机化工生产中，将二氧化硫氧化成三氧化硫以生产硫酸，将氨氧化成氧化氮以生产硝酸等。在基本有机化工生产中，氧化过程也是多样的（见表），不仅用于生产有机醛、酮、酸、酐等含氧化合物及环氧化合物，而且也用于生产有机腈和二烯烃等。据1980年统计，在美国，氧化过程所提供的有机化工产品占催化合成有机化工产品产量的34％。

近年来，由于环境保护的要求，将有害物质如汽车尾气、低含量有机物质的工业废气等进行催化燃烧，使之转化成水和二氧化碳，是氧化过程的新的应用。

参考文章

在二氧化碳浓度达到1.3%的空气中，人吸入两三口空气就会失去知觉，呼吸10多分钟就会导致死亡。（）生活安全俗称“笑气”的一氧化二氮是一种麻醉性气体，曾经广泛被应用于医学手术中。但“笑气”进入血液后会导致人体缺氧，长期吸食可能引起高血压、晕厥，甚至心脏病发作。此外，长期接触此类气体还可引起贫血及中枢神经系统损害等。（）生活安全二氧化碳灭火器是利用其内部充装的二氧化碳的蒸气压将二氧化碳喷出灭火的一种灭火器具。下列关于二氧化碳灭火器的说法中，正确的是（）。法律题库复合二氧化氯发生器在水处理中的应用废水治理臭氧联合氧化技术在污水处理方面的新进展废水治理室外使用二氧化碳灭火器时，人应该站在下风位。法律题库高级氧化法处理农药废水研究进展废水治理UASB+接触氧化法处理食品废水废水治理两级厌氧-生物接触氧化处理淀粉与酒精废水废水治理Fenton氧化降解垃圾渗滤液中的COD废水治理

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