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氯氟烃制冷剂

/chlorofluorocarbon;CFCs/
条目作者胡海涛

胡海涛

最后更新 2022-06-28
浏览 211
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20世纪30年代初发明且开始使用的一种人造的含有氯、氟元素的碳氢化学物质,用于制冷机中完成热力循环。

英文名称
chlorofluorocarbon;CFCs
所属学科
工程热物理及动力工程

氯氟烃(CFCs)制冷剂和氢氯氟烃(HCFCs)制冷剂的发现和开发,源于1928年T. 梅杰雷爵士(因用四乙铅改进正辛烷汽油的性能而成为著名的发明家)接到的一个电话。他从电话中得知,制冷工业需要新型制冷剂,于是他与其助手A.L. 亨尼和R.R. 麦克耐瑞从当时的物性表中搜寻具有合适沸点的化合物,条件是有好的稳定性、无毒和不燃。当时出版的四氟化碳(CF4)的沸点(尽管当时发表的CF4沸点值是不正确的,比后来证实的沸点高了许多),引导他们的注意力集中到了有机氟化物。氟本身有毒,但他们认识到含氟的化合物可以是无毒的。当意识到当时出版的四氟化碳沸点数据有误后,他们就转向了元素周期表,并且很快地从元素周期表中删除了不理想的挥发物元素,然后又删除了会导致不稳定、有毒化合物的那些元素以及低沸点的惰性气体元素。最后只剩下8种元素,即碳(C)、氮(N)、氧(O)、硫(S)、氢(H)、氟(F)、氯(Cl)和溴(Br)。他们将元素周期表的“行”和“列”组合后,发现元素F位于这8个元素的“行”与“列”的交点(见图)。

与制冷剂有关的部分元素周期表与制冷剂有关的部分元素周期表

通过观察,他们进而发现以下3条有趣的规律:第一,这些元素从左到右,可燃性下降,如HF和H2O是不燃的;第二,从底下的重元素到顶部的轻元素,毒性下降;第三,当时众所周知的制冷剂无非是除了F元素以外的7种元素的组合(如图左侧所示),唯独没有含F元素。于是,他们确定了F元素这个目标。

1930年,梅杰雷等人发表了第一篇关于有机氟化合物制冷剂的文章。后来的研究人员,用更新的方法和数据重复了梅杰雷的工作,都得到了相似的结果。

氯氟烃制冷剂在地球表面很稳定。然而,部分使用后的氯氟碳化合物上升到同温层(又称平流层)后,由于其低活跃性、低生物降解性及不溶于水,很难被分解。氯氟碳化合物在太阳的紫外线照射下会分解出氯气自由基,破坏臭氧。这样,臭氧层中的臭氧被消耗得越来越多,臭氧层变得越来越薄,局部区域例如南极上空甚至出现臭氧层空洞。

由于氯氟碳化合物对臭氧层的破坏日益严重,故多个国家于1987年9月于加拿大蒙特利尔签署《蒙特利尔议定书》,分阶段限制氯氟碳化合物的使用。自1996年1月1日起,氯氟碳化合物正式被禁止生产。

有编号的氯氟烃制冷剂的大气寿命、消耗臭氧潜能值(ODP)和全球变暖潜能值(GWP)见表。

氯氟烃类CFCs的大气寿命、ODP值和GWP值

编号

分子式或混合物组成及名称

大气寿命/a

ODP

GWP

R11

CCl3F 三氯氟甲烷

45

1.0

4600

R12

CCl2F2二氯二氟甲烷

100

0.82

10600

R13

CClF3氯三氟甲烷

640

1.0

14000

R113

CCl2FCClF21,1,2-三氯-1,2,2,-三氟乙烷

85

0.9

6000

R114

CClF2CClF21,2-二氯-1,1,2,3-四氟乙烷

300

0.85

9800

R115

CClF2CF3氯五氟乙烷

1700

0.4

7200

常见的氯氟烃类CFCs制冷剂有R11、R12、R13、R115等。

  • 曹德胜,史琳.制冷剂使用手册.北京:冶金工业出版社,2003.
  • 郑贤德.制冷原理与装置.北京:机械工业出版社,2000.
  • 俞炳丰,彭伯彦.CFCs制冷剂的回收与再利用.北京:机械工业出版社,2007.

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