利昂，英文名freon，是幾種氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的總稱。氟利昂一般在常溫常壓下均為氣體，略有芳香味。在低溫加壓情況下呈透明狀液體，能與鹵代烴、一元醇或其他有機溶劑以任何比例混溶，氟制冷劑之間也能互溶。
20世紀30年代，由于氟利昂穩定的化學性質，被廣泛用作冷凍劑并開始了大規模商業化生產。氟利昂的生產方法簡單易操作，且成本低廉，常用的有甲烷氟氯化法、氯代甲烷氟化取代法及歧化反應法等幾種。以反應狀態分，可分為液-液反應、氣-氣反應、氣-固反應等，采用何種工藝主要取決于催化劑和原料的存在形式。，隨著氟利昂越來越多功能被發現，他也逐步被用做滅火劑、氣溶劑、電子元件清洗劑及用于計算地下水的年齡。氟利昂在各行業中的運用比例為，制冷劑31.1%，發泡劑20%，噴霧劑19.7%，清洗劑14.6%，滅火劑2%，其他12.6%。
氟利昂排放到大氣中會導致臭氧含量下降，導致地球上的生物受到嚴重紫外線的傷害，平流層下部和對流層溫度上升。20世紀80年代開始，人們逐漸意識到氟利昂對臭氧的破壞，以及由此引發的一系列健康危害和環境危害，世界范圍內開始重視和研發氟利昂的替代物，并對氟利昂的使用期限進行了限制。關于氟利昂替代品主要以美國和西歐（主要是德國）為代表，已從幾十種HCFCs（氫氯氟碳化合物）和HFCs（氫氟烴）中篩選出數種進行重點開發研究綠色制冷劑替代方案。
發現歷史
1892年有機氟化學開拓者、比利時化學家施瓦茨發現，在SbF3、SbF5、AgF、HgF2等路易斯酸的催化下，多種脂肪族鹵代烷與HF反應都可生成全部氟化和部分氟化烷烴的混合物。這一發現成為工業上生產氟利昂的主要方法。
1930年4月通用汽車汽車公司（GM）的米奇利經過研究發現：以四氯化碳為原料，進行施瓦茨反應，制出的含氟化合物無毒且不燃，米奇利將這一成果在當年的美國化學會的年會上以《新型冷凍劑（冷凍機用可液化氣體）―含氯氟烴：CFCs》為題進行了發表。1930年8月，杜邦（控股51%）和通用（控股49%）公司控股成立動力學化學公司，擬將該研究成果快速開始工業化生產。
1931年初，二氯二氟甲烷（商品名：氟利昂-12）和三氟氯甲烷（商品名：氟利昂-11）開始工業化生產。自此氟利昂被大規模的生產和使用。
20世紀80年代開始，人們逐漸意識到氟利昂對臭氧的破壞，以及由此引發的一系列健康危害和環境危害，為了停止氟利昂對大氣臭氧層的破壞，1987年9月16日一些發達國家在加拿大蒙特利爾市簽訂了《關于消耗臭氧層物質( ODS)的蒙特利爾協議書》，其中規定了對臭氧層有破壞作用的氟利昂等受控物質的削減和禁用時間表，此后又幾經修改，禁用期限不斷提前。至2005年，已有188個國家的政府簽字同意執行這份旨在保護地球臭氧層的國際環境公約。
1991年6月，中國在《蒙特利爾協議書》上簽字，之后著手制定了對消耗臭氧層物質生產和消費的凍結目標。1993年1月，中國制定并由國務院批準實施了《中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案》。 明確提出中國要在2007年7月1日以前停止主要消耗臭氧層物質的生產與消費。
理化性質
物理性質
氟利昂在常溫下都是無色氣體或易揮發液體，略有香味，低毒。其中最重要的二氯二氟甲烷在常溫常壓下為無色氣體，熔點158℃，沸點29.8℃，密度1.486 g/cm3（-30℃），氟利昂表面張力小、具有浸透性，電絕緣性高，稍溶于水，易溶于乙醇、乙醚，能與鹵代烴、一元醇或其他有機溶劑以任何比例混溶，氟制冷劑之間也能互溶。
化學性質
在低層大氣中，氟利昂化學性質很穩定，不易分解，幾乎不發生什么反應，而且具有良好的熱穩定性，不燃、不爆、無刺激性、無腐蝕性；汽、液兩相變化容易；與酸、堿不反應。
然而，當進入平流層以后，氟利昂受到強烈的紫外線照射，會分解出自由氯原子，很活潑的自由氯原子與臭氧分子O，發生反應，奪走臭氧中的一個氧原子，而其余兩個氧原子則結合成一個氧分子，繼續存留在大氣層中。以氟利昂中應用最普遍的二氟二氯甲烷為例，其反應方程式為：
值得注意的是，一氧化氯本身很不穩定，極容易與原子態的氧反應，生成氧氣和氯原子，在平流層中，臭氧在紫外線的作用下進行光解反應，生成氧氣和原子態氧，這就給了一氧化氯可乘之機，這兩個反應式為：
從反應式可以清楚的看出，由一個氯能引發連鎖反應，并反復循環，使一系列的臭氧遭到破壞，1個氯原子通過反復作用大約可以分解10萬個臭氧分子。
制備方法
氟利昂的生產方法有甲烷氟氯化法、氯代甲烷氟化取代法及歧化反應法等幾種。如果以反應狀態來分，可分為液—液反應、氣—氣反應、氣—固反應等。采用何種工藝主要取決于催化劑和原料的存在形式。
中國生產氟利昂一般采用液相催化反應和歧化反應法。氟利昂-12和氟利昂-22的生產方法基本上與國外大多數企業的工藝路線一致，即采用五氯化銻作為催化劑，以氯化甲烷和無水氟化氫為原料，在加壓反應器中進行液相催化反應。反應時控制反應釜的溫度在55-100℃之間，壓力控制在1.2MPa-1.6MPa之間。反應后的物料，需要通過干法分離處理、水洗、堿洗后除去酸性物質，再經壓縮、分餾、干燥獲得合格產品。
以生產氟利昂-12為例，原料HF和四氯化碳氟化反應器中在SbCls催化作用下發生如下反應：
該反應除了生成主成分氟利昂-12外，還會生成一些副產物，如氟利昂-11、氟利昂-13及鹽酸，而且可能還會有少量未反應的原料殘留，所以從反應釜中得到的產物還需要進行精制，將反應后的產物經過精餾柱吸附分離，去除鹽酸，剩下的再經一、二級壓縮分離冷凝等處理，最終得到氟利昂-12成品。
檢測方法
氟利昂屬于低沸點、易揮發有機化合物，常壓下氟利昂-11、氟利昂-12、氟利昂-13的沸點依次是23.8℃、-29.8℃、47.57℃，這種特性特別適合采用氣相色譜進行檢測，另外根據氟利昂是含鹵族元素化合物，電負性高，對于含鹵素有機物具有較強選擇性的檢測器有4種：電子捕獲檢測器(e— lectron capture detector，ECD)、光離子化檢測器(photo—ion— ization detector，PID)、電解電導檢測器(electrolytic conduc— tivity detecmr，ELCD)、質譜檢測器(mass spectrometry，MS)。
氣相色譜-電子捕獲（GC-ECD）檢測法
利用電子捕獲檢測器，對氟利昂進行檢測，電子捕獲檢測器靈敏度高、選擇性好，適合于氟利昂的檢測，但該方法的缺點是不能區分色譜柱中未分離組分的檢測。如果遇到樣本基體復雜時，大量強極性雜質進入ECD池污染箔表面，容易造成檢測器性能下降。
氣相色譜-光離子化（GC-PID）檢測法
利用光離子化檢測器，對氟利昂進行檢測，光離子化檢測器的靈敏度取決于光強度，光源有燈、燈、燈 3種類型，氪燈輸出的絕對光通量最大，無雜散光，靈敏度 也最大，氬燈次之，氙燈最小。光離子化檢測器的選擇性取決于光能 量，氬燈的能量最強為11.7 EV，但使用壽命短，應用較 少。氪燈和氙燈的能量分別為10.2 EV和9.5 EV，壽命長，氪燈為最普遍使用的紫外光源。光離子化檢測器具有靈敏度高， 選擇性好，線性范圍廣，但是僅適用于檢測電離電位等于或小于光能量的化合物。氟利昂一11、氟利昂-12的電離電位分別為11.5 EV、12.3 EV，顯然光離子化檢測器的光能量還不能完全滿足氟利昂的分析要求。
氣相色譜-電解電導（GC-ELCD）檢測法
利用電解電導檢測器，對氟利昂進行檢測，電解電導檢測器的關鍵部分是反應器和電導池，反應器決定檢測器的選擇性，電導池決定其靈敏度。電解電導檢測器對含鹵、氮、硫化合物具有高選擇性和高靈敏度，線性范圍寬，在鹵族元素模式下只對含鹵化合物有響應，可視為鹵素專屬檢測器。
氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）檢測法
根據氟利昂不同組分的沸點不同，利用質譜檢測器，對氟利昂進行檢測，樣品經分離處理后，送入質譜儀離子源，通過電離操作及電離過程將混合樣品轉變為離子，最后利用質量分析器、檢測器完成離子檢測工作，通過質譜信號形式將相關信息一一 錄入計算機中，這樣不同分子量的氟利昂可以得到有效的分離和定量，采用氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）檢測法，可以有效的解決靈敏度和色譜柱中未分離組分的檢測難題。
應用領域
制冷劑
液體在氣化時要吸收熱量，這是制冷的最基本道理，人工制冷中選用什么液體作為制冷劑十分重要，要求制冷劑有沸點低，潛熱大、無毒和無腐蝕等性能。并且氣化后的制冷劑氣體還能收回，經過循環壓縮，放出熱量重新還原為液體。再使制冷劑液體進行氣化，吸收被冷卻物體的熱量，使物體不斷降溫，如此周而復始完成制冷的循環過程。利用氟利昂做制冷劑可以獲得更低的溫度，氟利昂14（四氟甲烷）的標準蒸發溫度 為-128℃，最低蒸發溫度可低達-140℃。
氟利昂主要用于冷凍方面。它們特別適用于家用冰箱，因為它們是不燃、不爆炸和無毒的，所以當偶然漏出時也是安全的。即使有明火在附近氟利昂也不一定是危險的，因為它們熱解出來的毒性產物很少會達到有害的濃度。
滅火劑
氟利昂的不爆炸性和不燃性使它們能用作滅火劑。在這方面，溴化產物——二溴二氟甲烷，特別是一溴三氟甲烷對于撲滅任何種類的火災都很有效，因為它完全無毒，甚至它的分解物也是無毒的。
氣溶劑
氟利昂大量用作噴發香劑和化妝噴劑、香料噴劑、剃須霜和除臭劑。
氟利昂作為氣溶劑的另一作用是森林防治病蟲害，大面積防治森林病蟲害時許多國家都采用飛機，超小劑量噴霧可以用飛機也可以用大型地面機械進行。超小劑量要求霧滴小而均勻，適當的霧滴直徑一般為50一100微米。但在密林中，直徑50微米以上的霧滴由于易于飄散，只有7％左右的霧滴能接觸幼蟲。美國將冰凍劑氟利昂與殺蟲劑混合，用飛機噴灑，使霧滴直徑達到50微米以下，收到了良好效果。
確定地下水年齡
大氣中的氟利昂可以溶解在降水中，并隨降水滲入到地下水系統中，導致地下水氟利昂濃度變化。因此，通過測量地下水氟利昂濃度，可以判斷地下水形成年齡和有無現代水補給，如果含有氟利昂就表明一定有現代水補給。在水資源研究中有應用意義的氟利昂分別是氟利昂-11、氟利昂 -12和氟利昂-13，同時測定它們在地下水中的濃度，可以推斷地下水年齡，估算新、老水的混合比例。
電子元件清洗
氟利昂毒性低、化學穩定性好，對橡膠、塑料和金屬均無損害，也經常被用于電子元件的清洗。
氟利昂清洗的原理是置換清洗法。由于氟利昂表面張力小、密度大，其附著力比一般污垢強。因此，它可把污垢置換出來。
安全事宜
健康危害
氟利昂是臭氧層破壞的元兇，由于氟利昂中的氯元素化學性質穩定，當其上升進入平流層后，會在強烈紫外線的作用下被分解，釋放出的氯原子同臭氧分子發生連鎖反應，生成氧化氯和氧分子。氧化氯能與臭氧發生反應，又生成氯原子和氧分子。這樣不斷重復，使臭氧大量被破壞。臭氧層被大量損耗后，吸收紫外線輻射的能力大大減弱，導致到達地球表面的中波紫外線明顯增加，給人類健康帶來多方面的危害，如導致白內障和皮膚癌的發病率增加等。
雖然氟利昂毒性低，但是吸入高濃度的氟利昂氣體會引起單純窒息性氣體中毒，主要毒作用由其裂解氣引起，由于其高濃度的存在，對空氣氧具有取代和排擠作用，致使空氣中氧含量減少，肺泡氣氧分壓降低，動脈血氧分壓和血色素氧飽和度下降，導致機體組織缺氧窒息。
環境危害
氟利昂在大氣中濃度增加的另一個危害是“溫室效應 ”。 本來地球表面的溫室效應的典型來源是大氣中的二氧化碳，但大多氟利昂也有類似的特性 ，而且它的溫室效應效果比二氧化碳還高。溫室效應使地球表面的溫度上升 ，引起全球性氣候反常。如果地球表面溫度升高的速度繼續發展，會導致南北極地冰山大幅度散化，海平面上升
消防安全
氟利昂不燃，但是受熱分解可釋放有毒的氟化物和氯化物氣體。遇到高熱，容器內壓力增大，有爆炸的危險。著火時應切斷氣源，噴水冷卻容器，并將容器轉移至空曠處
解決措施
停止生產和使用
國際社會以締結國際公約的形式來限制、禁止氟利昂的生產與使用是最有效也最成功的方法。聯合國環境規劃署（UNEP）自1976年陸續召開了各種國際會議，通過了一系列保護臭氧層的協議，1985年在奧地利召開會議，通過《維也納保護臭氧層協定》，之后不斷修正和擴大受控物質的范圍。中國也在2007年實施了CFC淘汰計劃，較之前的承諾提前了兩年半，為保護臭氧層做出了貢獻。
尋找氟利昂的替代物
要停止使用氟利昂類物質，就必須找到不僅能滿足家用冰箱和空調使用性能要求，又不對大氣臭氧層造成破壞，符合綠色環保要求的替代品。國際上關于氟利昂替代品主要有兩種指導思想：第一，開發尋找和氟利昂結構完全不同的氣體或液體，如氨、二氧化碳、水、碳化氫等非氟利昂系代用品；第二，保留和改進氟利昂優異物性功能商品，開發無公害氟利昂。
美國杜邦公司花費幾億美元資金，率先開發氟利昂替代物。關于氟利昂替代品主要以美國和西歐（主要是德國）為代表，已從幾十種HCFCs（氫氯氟碳化合物）和HFCs（氫氟烴）中篩選出數種進行重點開發研究綠色制冷劑替代方案。
廢舊設備無害化
對廢舊設備中含有的氟利昂的處理，也是解決氟利昂污染的方法，日本從1990年投入開發CFC處理技術，成功利用高頻等離子降解CFC并使之無害化，歐美國家利用鉻Al等金屬或金屬氧化物催化劑催化降解CFC，中國通過利用微波等離子技術成功降解了CFC，復旦大學高滋研究組對催化降解CFC做了大量基礎性研究工作。
參考資料 >