Ozone là chất oxy hóa thân thiện với môi trường

Sau khi diệt khuẩn ozone O3 nhanh chóng phân hủy và trở lại thành Oxy không dư đọng lâu trong nước, vì thế người ta nói ozone là chất oxy hóa thân thiện với môi trường. Mặt khác ozone là chất oxy hóa mạnh, liều lượng dùng nhỏ và đó là yếu tố nữa để coi ozone là thân thiện với môi trường.

Ozone không bền vững, tự phân hủy thành oxy 2O3 --> 3O2 (quá trình đó gọi là sự phân hủy nhiệt). Sự phân hủy của ozone: 2O3 <-> 3O2 liên quan đến sự thay đổi năng lượng trước và sau phản ứng: Năng lượng của 6 nguyên tử trong 2O3 > năng lượng của 6 nguyên tử trong 3O2, vì vậy phản ứng 2O3 --> 3O2 xảy ra tự phát vì không mất năng lượng (mà còn thải ra năng lượng) tương tự như hiện tượng lở núi: Đất đá trên cao dễ dàng và tự đổ xuống thấp chỉ cần một chút kích thích. (Trong nhiệt động học, người ta đưa ra các khái niệm năng lượng tự do Gibbs, Enthalpy H (nhiệt) và Entropy (mức độ trật tự) S như sau: DG = DH - TDS. Khi 2O3 --> 3O2, enthalpy âm (DH <0) và entropy tăng (DS>0, độ mất
trật tự tăng, hệ được “tự do” hơn), sự thay đổi năng lượng DG < 0,
DG = G(sau) – G(đầu) < 0; tức là G(sau) < G(đầu), phản ứng làm giảm năng lượng. Vì vậy phản ứng phân hủy 2O3 --> 3O2 tự phát xảy ra (phản ứng tỏa nhiệt, exergonic)).

Bảng 1.4(A). Liều lượng cần để khử virus bằng các chất diệt khuẩn khác nhau

(Nguồn Lentech)

Điều đó chứng tỏ liên kết trong ozone kém bền vững và ozone có xu thế tự phân hủy thành oxy. Bảng 1.5(A) cho biết thời gian bán phân hủy T1/2 của ozone theo nhiệt độ trong hai môi trường không khí và nước (T1/2 là thời gian mà khối lượng ozone giảm đi một nửa, đôi khi còn gọi là thời gian sống của ozone). Trong nước, thời gian bán phân hủy của ozone ngắn hơn nhiều so với không khí vì ozone bị tiêu hao khi tương tác với hydroxit OH- sẵn có trong nước để tạo ra gốc tự do *OH. Nước bẩn và không khí có tạp chất làm giảm mạnh thời gian sống của ozone do ozone phải tiêu hao để phản ứng với các tạp chất.

Thời gian bán phân hủy của ozone tương đối ngắn (vài phút trong môi trường nước), tuy nhiên do ozone là chất oxy hóa mạnh, thời gian diệt khuẩn ngắn, có thể chỉ cần vài phút, thậm chí vài giây, cho nên hiệu quả diệt khuẩn của ozone không giảm. Chính vì ozone nhanh phân hủy thành oxy sau khi diệt khuẩn, không dư đọng lâu trong nước, làm cho ozone là chất oxy hóa, chất diệt khuẩn thân thiện với môi trường mà các chất oxy hóa khác không có được. (Trong nước, clo tự do và clo dioxit có thời gian bán phân hủy là 140 phút và 93 phút. Đối với clo liên kết thời gian đó là 2-3 giờ). Trong ví dụ trên, liều lượng ozone đủ để loại bỏ virus
đến mức 99,99% (4-log) là 1 mg O3/L x phút, tức là nếu nồng độ
C=1 mg/L=1 ppm thì thời gian diệt khuẩn chỉ cần là 1 phút trong khi T1/2 của ozone trong nước tại 30 độ C là 12 phút (xem bảng 1.5(A)).

Bảng 1.5(A). Thời gian bán phân hủy T1/2 của ozone theo nhiệt độ trong môi trường nước và không khí