一氧化二氮

一氧化二氮是约瑟夫·普利斯特里在1772年发现的，汉弗莱·戴维自己和他的朋友，包括诗人柯尔律治和罗伯特·骚塞在18世纪90年代试验了这种气体。他们发现一氧化二氮能使病人丧失痛觉，而且吸入后仍然可以保持意识，不会神志不清。不久后笑气就被当作麻醉剂使用，尤其在牙医师领域。因为通常牙医师无专职的麻醉师，而诊疗过程中常需要病患保持清醒，并能依命令做出口腔反应，故在此气体给牙医师带来极大的方便。

一氧化二氮的分子是直线型结构。其中一个氮原子与另一个氮原子相连，而第二个氮原子又与氧原子相连。它可以被认为是 和 的共振杂化体。 注意不要将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。 将一氧化二氮与沸腾汽化的碱金属反应可以生成一系列的亚硝酸盐，在高温下，一氧化二氮也可以氧化有机物。

熔点-90.8℃

沸点-88.49℃

临界温度36.5℃ 

临界压力7.263×10⁶ Pa

相对密度1.977

折光率1.0005-7265 bar

加热硝酸铵可以生成一氧化二氮和水： ，工业上对硝酸铵热分解可制得纯度95%的一氧化二氮，一个笑气分子与六个水分子结合在一起。当水中溶解大量笑气时，再把水冷却，就会有笑气晶体出现。把晶体加热，笑气会逸出，人们利用笑气这种性质，制高纯笑气。

急性毒性：一氧化二氮作为吸入麻醉剂在医药上应用已久，现在已经很少用它了。吸入一氧化二氮和空气的混合物，当其中氧浓度很低时可致窒息；吸入80%一氧化二氮和氧气的混合物引致深麻醉，苏醒后一般无后遗作用 。

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。

使用氮氧加速系统的改装车辆将一氧化二氮送入引擎，遇热分解成氮气和氧气，提高引擎燃烧率，增加速度。氧气有助燃作用，加快燃料燃烧。

一氧化二氮可以用作火箭氧化剂。这比其他氧化剂优势化处是因为它是无毒的，在室温下稳定，易于储存和相对安全地进行飞行。第二个好处是可以很容易分解成呼吸的空气。

在食品界中用于发泡剂和密封剂等。

大气N2O的重要来源之一是农田生态系统，在土壤中，N2O是由硝化、反硝化微生物产生，人们向农田中施入过量氮肥，促进微生物活动，通过硝化、反硝化过程（nitrification and denitrification）使氮素转化为N2O 。污水生物脱氮硝化和反硝化过程也会引起氧化亚氮的排放，溶解氧的限制、亚硝酸盐的积累和羟胺的氧化都是导致氧化亚氮产生的原因。

便携式气相色谱法。

尾气中一氧化二氮的脱除

脱除尾气中N2O的方法主要有高温分解法、 选择性催化还原法和催化分解消除法。

高温分解法是令N2O和燃料气在高温(1200～1500℃) 下反应分解，这种技术工艺简单，不需要催化剂，但是操作费用较高，需要大量消耗燃料气，且高温反应设备的维护难度较大。因此利用高温分解 方法脱除化工尾气中N2O组分在实际应用中会受 到一定限制。目前，日本Asahi公司和著名化工公司DuPont已将此方法用于己二酸工厂中。

选择性催化还原法通常选用氨或天然气为还原剂，加入负载型贵金属催化剂，根据还原剂和催 化剂的不同调节适宜的反应温度( 通常在 200 ～ 600℃ ) ，从而实现N2O的脱除。以Pd /FeAlPO-5 为催化剂，研究了 在不同活性组分含量以及温度等条件下CH4还原N2O的效果。研究指出，以PdAlPO-5 为催化剂，373℃时，N2O转化率可以达到90% 。

在沸石催化剂条件下CH4对N2O的还原效果，指出相比直接分解，还原剂的引入使N2O在同样催化剂和温度条件下的分解率大幅提高。在130℃ 时H2对N2O的消除率达到 90% 在 360℃ 时，CO 对N2O的分解率可以达到100% 。

催化还原法脱除N2O的技术在俄罗斯和美国 的硝酸工厂已有应用案例。这种方法的脱除率较高，但随脱除反应的进行会引入新的杂质 (CO、CO2) 造成二次污染。其中还原剂的使用也会提高脱除过程的成本，因此该方法在商业应用推广过程中同样会受到一定限制。特别的，如果天然气作为汽车燃料的 技术被推广使用，那么利用甲烷作还原剂处理汽车 尾气中N2O的工艺可能会有较好的应用前景。

催化裂解消除法是指在催化剂的作用下使N2O直接分解为O2和N2。由于 这种方法不需要引入其他参与脱除反应的物质，成 本较低且不会引起二次污染，因此引起研究者广泛关注。N2O分解过程所需的活化能较高( 250kJ/mol) ，在没有催化剂参与的条件下很难进行，因此研 究的焦点主要集中在新型低温高活性裂解催化剂的 研发。

自20世纪70年代开始，研究者研发了大量的可用于催化分解N2O的催化剂，较多研究已经在实验室中取得了理想的效果，目前已研发的催化剂依据活性组分的不同可以分为金属氧化物催化剂、负载型贵金属催化剂和金属离子交换的分子筛三大类。金属氧化物催化剂的催化活性较高，主要有过渡金属氧化物(Co3O4、CoO、NiO) 、碱土金属氧化物 (CaO、MgO) 和稀土金属氧化物及其复合金属氧化物等。

负载型贵金属催化剂是较早用于分解N2O研 究的催化剂，并借助载体的大比表面积和活性组分的高分散性，得以适用于实际的工业过程。此类催化剂的活性受到活性组分和载体种类的共同影响。 目前常用的载体有 Al2O3、MgO、SiO2、TiO2 和 ZrO2等，常用的金属有 Rh、Ru、Pd、Pt、Au 和In等。 分子筛催化剂多是以过渡金属( Fe、Co、Ni、Cu、 Ru、Rh、Pd 等) 离子交换 ZSM-5、ZSM-11 以及X型 等分子筛而得到。 其中混合金属氧化物催化剂活性较高且有较好 的热稳定性，已经在工业过程中获得实际应用。

贵 金属催化剂具有较高催化活性和良好的抗水抗硫性 能，但由于活性温度窗口较窄限制了实际应用。金属离子交换的分子筛催化剂由于其更高的催化活性 而备受关注，但由于分子筛水热稳定性差，限制了其在实际工业过程的应用。 目前利用直接催化分解的应用案例较多，但长期以来，该方法涉及的催化剂技术只掌握在少数发 达国家的几家企业，如BASF、Invista、Radici等，且属 于专利技术。

直至 2015 年，普恩科技公司与北京化 工大学合作开发的N2O分解催化剂试运行成功，才标志着N2O分解催化剂实现国产化。 由于国内N2O催化分解技术的研究起步较晚， 因此目前国内硝酸、己二酸生产企业处理尾气中N2O的工艺多为购买国外催化剂相关产品。如中石 油江阳石化分公司采用BASF公司开发的金属氧化 物催化剂。河南神马尼龙化工有限责任公司采 用Invista公司的催化剂产品。安徽淮化股份有 限公司和黑化集团CDM项目均采用 Johnson Matthey 公司的催化剂产品及相关技术。

尾气中一氧化二氮的回收利用

制备N2O的主要方法有硝酸铵热分解法和氨 的接触氧化法。据报道，目前国内生产N2O基本都 是采用硝酸铵干法分解的生产工艺，该工艺也是目 前国际通用化流程，但是设备成本较高。

直接制 备得到的产品纯度通常较低，经纯化后纯度达到 99% 的产品能够满足医药等领域的应用，但对于微 电子领域而言，这样的纯度远不能够达到指标要求。 在N2O产品纯化方面，已有相关研究报道了以 低纯度N2O为原料，利用纯化工艺制备高纯N2O的 方法，并对低纯度原料气中的各种杂质脱除进行了 相关的实验研究。 多数化工企业为了达到环保要求，会在尾气排 放前进行N2O脱除处理。然而，考虑到N2O作为产 品的广泛应用前景以及直接制备该产品的成本问题，当尾气中N2O含量较高时，如硝酸和己二酸生 产过程所产生的尾气，选用直接脱除的处理方法虽 然可以满足环保要求，却也是一种对潜在资源的浪费。因此，回收纯化制备不同级别的N2O产品技术 已经引起较多的关注，在满足环保要求的同时，利用 副产品实现收益。目前，山东金博环保科技有限公 司以及金宏气体同河南平顶山神马集团公司合作正 在筹划建设产能可观的尾气回收纯化N2O的工程项目。

回收纯化尾气中的N2O组分的过程与以低纯 度产品为原料制备高纯产品的情况有所不同，针对 不同工艺过程尾气中N2O含量以及杂质组分的不 同，往往不能通过单一的纯化单元纯化得到满足指 标要求的高纯N2O产品。

依化工过程不同，尾气中所含杂质组分也会相 应不同，通常情况下会含有 CO2、CO、烃类、H2O、 NO、NO2、H2、N2 中的多种。吸附法是已有纯化研究 中选用的主要方法，这对于纯化少量低纯度产 品的过程而言是可行的。但从操作和经济性的角度 考虑，并不适用于处理大量杂质含量较高的化工尾 气，此时依据所含杂质具体情况通常需要联合吸附、 精馏等多种处理单元以完成纯化过程。

有专利技术利用化学净化、吸附以及精馏的集成工艺脱除尾气中杂质后得到高纯N2O产品。其中化学净化过程利用碱液脱除尾气中的酸性气体( CO2、NO2 ) ，吸附单元利用分子筛物理吸附脱除C2H2、NO、CO、H2O等杂质，最后利用精馏单元脱除其他相对挥发度大的组分后在塔底得到产品，产品纯度可以达到 6N。也有专利技术首先利用干燥、吸附单元脱除尾气中水分和重组分杂质，然后利用精馏的方法分离脱除其他杂质，在塔底得到产品，产品纯度最高可达到 6N。