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一、液態二氧化碳的特性：低溫與相變的魔法

• 低溫與壓力敏感：在常壓下無法以液態存在，需維持 - 78.5℃以下或 5.2MPa 以上壓力（臨界值 31℃、7.38MPa）。一旦壓力驟降，液態 CO?會直接升華成固態干冰，同時吸收大量熱量（每千克升華吸熱 573kJ）。
• 化學惰性與溶解性：化學性質穩定，不燃燒、不助燃，但可溶于水生成弱酸性的碳酸，也能溶解部分有機物（如油脂、蠟），這一特性使其成為綠色溶劑的候選。
• 密度與流動性：液態密度約 1.1g/cm3（0℃、5.2MPa），略高于水，流動性好，便于管道輸送或噴霧應用。

二、制備與提純：從工業副產到高純度捕獲

1. 工業副產回收
   • 來源：化工生產（如合成氨、乙醇發酵）、火力發電、鋼鐵冶煉等過程中排放的 CO?氣體。
   • 工藝：通過胺吸收法（如乙醇胺溶液）捕獲煙氣中的 CO?，經冷卻、壓縮（5-6MPa）液化，再通過吸附（活性炭）、精餾去除水、硫化物等雜質，純度可達 99.9%（食品級）。
2. 燃燒后碳捕集（CCUS）
   • 針對電廠、水泥廠等固定源，利用低溫甲醇洗、變壓吸附（PSA）等技術分離 CO?，液化后用于封存或利用，是實現 “碳中和” 的關鍵技術之一。
3. 食品級與工業級差異
   • 食品級液態 CO?需額外去除甲醛、乙醛等有機雜質，符合 GB 1886.228-2016 標準，而工業級允許含少量不燃性氣體。

三、多元應用：從傳統工業到綠色科技

1. 食品與冷鏈：低溫保鮮的隱形衛士

• 速凍與冷藏：液態 CO?噴淋系統可在 30 秒內將食品溫度降至 - 40℃，比傳統機械制冷快 3 倍，常用于海鮮、肉類的速凍，避免冰晶破壞細胞結構，鎖住營養與口感。
• 碳酸飲料與啤酒：液態 CO?汽化后充入飲料中，形成氣泡并抑菌，例如每瓶可樂約含 3-5g CO?（體積比 1:3）。
• 干冰制備：液態 CO?減壓升華形成干冰（-78.5℃），用于冰淇淋運輸或醫學冷凍療法，1kg 干冰升華可產生約 600L CO?氣體。

2. 工業制造：效率與環保的平衡器

• 焊接保護氣：液態 CO?汽化后與氬氣混合（如 80% Ar+20% CO?），作為 MIG 焊保護氣，隔絕空氣防止焊縫氧化，雖高溫下 CO?分解可能產生氣孔，但成本僅為純氬氣的 1/3，適用于碳鋼焊接。
• 油田驅油（EOR）：將液態 CO?注入枯竭油田，利用其低黏度、易溶于原油的特性，降低原油黏度并膨脹油層，可提升采收率 10%-20%，同時實現 CO?地質封存。
• 金屬處理：液態 CO?噴霧冷卻用于金屬切削，替代傳統切削液，減少污染且冷卻效率更高，尤其適合鈦合金等難加工材料。

3. 環保與能源：碳中和的核心抓手

• 碳捕集與利用（CCU）：液態 CO?可作為原料合成多種化學品：
  • 與氫氣合成甲醇（CO?+3H?→CH?OH+H?O），用于燃料或化工原料；
  • 與環氧化合物反應生成可降解塑料（如聚碳酸酯），替代傳統石油基塑料。
• 干冰清洗：利用干冰升華時的低溫沖擊，去除模具、設備表面的油污與涂層，無需溶劑，零排放，常用于汽車制造或航空發動機清洗。

4. 醫療與科研：低溫與反應的調控者

• 冷凍治療：液態 CO?汽化時的低溫（-78.5℃）可用于皮膚科，瞬間凍結疣、雞眼等病變組織，比液氮更易控制冷凍范圍。
• 化學反應介質：超臨界 CO?（溫度＞31℃、壓力＞7.38MPa）兼具液體與氣體特性，作為綠色溶劑用于萃取咖 啡因、香料，或在聚合反應中調控產物形態。

5. 其他趣味應用

• 舞臺煙霧：液態 CO?汽化時吸熱，使周圍水蒸氣凝結成霧，常用于演唱會、影視拍攝，1L 液態 CO?可產生約 500L 白霧。
• 消防滅火：高壓液態 CO?釋放后汽化，覆蓋燃燒物隔絕氧氣，適用于數據中心、博物館等忌水場景，滅火效率是水的 10 倍以上。

四、安全儲存與運輸：警惕低溫與窒息風險

• 儲存容器：
  • 高壓鋼瓶（工作壓力 5-6MPa）或低溫儲罐（-40℃、2-3MPa），容器需絕熱保溫，配備壓力監測與泄壓裝置（安全閥設定壓力≤8MPa）。
• 運輸要求：
  • 槽罐車需符合《危險化學品運輸規范》，避免高溫（罐溫≤40℃），液態 CO?與食品同運時需確保純度達標。
• 風險防護：
  • 凍傷：液態 CO?接觸皮膚會導致速凍凍傷，操作時需戴防凍手套，泄漏時用棉布吸附，避免直接接觸。
  • 窒息：汽化后 CO?密度比空氣大（1.53 倍），易在低洼處聚集，使氧含量＜18% 時引發窒息，作業場所需通風并安裝氧濃度報警器。

五、未來趨勢：從工業原料到碳資產

• 綠碳經濟驅動：隨著碳定價機制完善，液態 CO?作為 “負排放” 載體，其價值從工業原料向碳資產轉變，例如封存 1 噸 CO?可兌換碳匯收益，推動 CCUS 技術商業化。
• 氫能耦合技術：利用綠氫（可再生能源制氫）與液態 CO?合成甲醇、甲烷等 “綠色燃料”，替代化石能源，預計 2030 年全球綠甲醇產能將超 1000 萬噸。
• 微化工應用：液態 CO?在微反應器中作為反應介質，可提升催化效率并降低能耗，例如中科院大連化物所開發的 CO?加氫制汽油技術，已進入中試階段。