二氧化碳性质、用途与生产工艺
二氧化碳的发现早在公元300年以前，我国西晋时期的张华就在他所写的《博物志》一书中作了烧白石作白灰有气体发生的记载。
17世纪，比利时科学家海尔蒙特发现在一些洞穴中有一种可以使燃烧着的蜡烛熄灭的气体，并且与木炭燃烧，与麦子、葡萄发酵以及石灰石与醋酸接触后产生的气体一样。
1755年，英国化学家布拉克又进一步定量地研究这种气体，他一次次把石灰石放到容器里煅烧，烧透后再一次次仔细称量剩下的石灰质量，发现每次都减轻了44％,1765年，著名英国化学家卡文迪许想出了一个高招——他把这种气体通入水银槽，然后再在水银表面上收集到纯净的气体，测量了密度和溶解性，并证明了它和动物呼出、木炭燃烧所产生的气体相同。
1772年，法国大化学家拉瓦锡等人用大聚光镜把阳光聚焦在汞槽玻璃罩中的金刚石上，做了著名的烧钻石实验，发现钻石燃烧后产生的也是这种气体；尔后，他用纯氧与纯炭进行燃烧实验，发现只生成一种气体，得出该气体是由碳、氧两种元素组成的化合物。后来，人们用更精确的实验方法并经道尔顿等许多化学家的努力，才证明它分子中碳、氧原子的个数比为1：2。就这样，经历1500年，经过许多化学家的不懈努力，人类才认识了今天大家能脱口而出的二氧化碳气体。
二氧化碳（Carbon Dioxide，化学式为CO₂）是一种由碳和氧组成的化合物，常温常压下是一种无色、无味、不可燃的气体。它是地球大气中重要的组成部分，在自然界中通过碳循环（如动植物呼吸、有机物分解、火山喷发）和人类活动（如化石燃料燃烧）产生。二氧化碳在工业、农业、医疗等领域有广泛应用，但其在大气中浓度的持续升高是导致全球气候变暖和温室效应的主要原因 [1, 3]。
地球上的二氧化碳来源主要有三条途径：
1,生物的呼吸作用(自然界中的有机物在生物体内或体外，在有氧或无氧条件都能被分解产生二氧化碳)；
2,燃料的燃烧(如矿质燃料---煤、石油、天然气，有机物燃料---酒精、甲醇，草木燃料柴、草等)；
3,雨水冲刷石灰岩(自然界中的石灰石、大理石当遇到溶有二氧化碳的水时，变成可溶性的碳酸氢钙，溶有碳酸氢钙的水在受热或压强突然变小时，溶解在水里的碳酸氢钙就会分解，放出二氧化碳，同时形成了像我国云南、广西等石灰石岩溶洞里那些美丽的石笋、石柱和钟乳石)；另外，石灰石煅烧制石灰的过程中也会产生不少的二氧化碳。
二氧化碳的去向主要也有三条途径：
1,植物的光合作用。
2,溶解在水中特别是海水中。
3,水中二氧化碳与可溶性钙盐反应生成碳酸钙(形成沉积岩)；另外岩石的风化也在悄无声息地吞吃着一些二氧化碳(二氧化碳和水与石头的主要成分----碳酸钙缓慢反应后，而生成的可溶解的酸性碳酸钙)。目前由于人类活动的加剧，大量排放出二氧化碳、大规模开垦森林草地、水污染使水生植物大量死亡，使大气中二氧化碳不断地升高，导致了温室效应。
每100毫升水中的溶解克数:
0.1782g/20℃
二氧化碳灭火器利用其内部充装的液态二氧化碳的蒸气压将二氧化碳喷出灭火。由于二氧化碳灭火剂具有灭火不留痕迹，并有一定的电绝缘性能等特点，因此更适宜于扑救600伏以下的带电电器、贵重设备、图书资料、仪器仪表等场所的初起火灾，以及一般可燃液体的火灾。即其适用范围是A、B类火灾和低压带电火灾。
在使用二氧化碳灭火器灭火时，将灭火器提到或扛到火场，在距燃烧物5米左右，放下灭火器，拔出保险销，一手握住嗽叭筒根部的手柄，另一只手紧握启闭阀的压把，对没有喷射软管的二氧化碳灭火器，应把喇叭筒往上扳70-90度，使用时、不能直接用手抓住喇叭筒外壁或金属连接管，以防止手被冻伤。灭火时，当可燃液体呈流淌状燃烧时，使用者应将二氧化碳灭火剂的喷流由近而远向火焰喷射；如果可燃液体在容器内燃烧时，使用者应将喇叭筒提起，从容器的一侧上部向燃烧的容器中喷射，但不能将二氧化碳射流直接冲击在可燃液面上，以防止可燃液体冲出容器而扩大火势，造成灭火困难。
二氧化碳因其独特的理化性质，在多个领域得到广泛应用：
1.工业领域：
•制冷剂：固态干冰用于食品保鲜、低温运输和舞台烟雾效果。
•灭火剂：二氧化碳不助燃、密度大，可用于扑灭火灾。
•化工原料：用于生产尿素、碳酸盐、水杨酸等，也可作为溶剂、萃取剂（超临界CO₂）。
•焊接保护气：在焊接过程中用作保护气体，防止金属氧化。
•饮料工业：用于碳酸饮料的生产，赋予饮品气泡。
2.农业领域：
•温室气体肥料：提高温室大棚内二氧化碳浓度，促进植物光合作用，增加作物产量。
3.医疗领域：
•腹腔镜手术：用于充气，扩张手术空间。
•呼吸刺激剂：在某些医疗情况下用于刺激呼吸。
将试样通入氢氧化钡溶液，即发生白色沉淀，该沉淀能溶于稀醋酸试液(TS-2)并发生气泡。
燃烧的火焰在试样中应熄灭。
取33.3%的氢氧化钾溶液，放入一具有足够容积的气体吸收管中，另在一含有10%氯化钠溶液的气体量管中，准确量吸气态试样约1000ml。将气体量管中的试样移入气体吸收管后，充分摇动。当气体不再被吸收而容积至恒重时(V，m1)按下式计算CO
2含量：
ADI不作特殊规定(FALO/WHO，2001)。
GRAS(FDA，§184.1240，2000).
水溶液无毒。对健康人无害，但曾有过使胃溃疡患者导致胃穿孔的报道。
当吸入CO
2气体量达5%～6%时，可刺激呼吸中枢，使呼吸深而快。吸入量达10%以上时，会发生头昏、出汗、呼吸困难等症状，高浓度时会导致昏睡、血压升高、痉挛乃至死亡。
二氧化碳对皮肤及黏膜有刺激作用，最高容许浓度未作规定，操作时要戴防毒面具。
GB 2760-2001：二氧化碳(酒精发酵法、石灰窑法、合成氨尾气法、甲醇裂解法)、液体二氧化碳(催化法)可用于碳酸饮料及汽酒类。用量以GMP为限。由甲醇裂解法制得者，其中甲醇含量应<50μg/kg。另可作为加工助剂使用。
FAO/WHO(1984)规定可用于苹果汁、浓缩苹果汁、葡萄汁、黑穗状醋栗汁及奶油包装用。用茸GMP.
添加剂中文名称
允许使用该种添加剂的食品中文名称
添加剂功能
最大允许使用量（g/kg）
最大允许残留量（g/kg）
二氧化碳
食品
食品工业用加工助剂
/
食品工业用加工助剂一般应在制成最后成品之前出去，有规定食品中残留量的除外
二氧化碳
其他发酵酒类（充气型）
防腐剂
按生产需要适量使用
二氧化碳
饮料类（14.01包装饮用水类除外）
防腐剂
按生产需要适量使用
[1]姚炜珊,侯雅磊,魏国强,et al.二氧化碳资源化利用研究进展[J].Advances in New & Renewable Energy, 2024, 12(2).DOI:10.3969/j.issn.2095-560X.2024.02.009.
[2]勾叶,杨影,欧阳丽沙,等.二氧化碳的分离回收及应用的进展研究[J].物理化学进展, 2025(1).
[3]徐四川,马惜钰,周天皓,等.碳排放CO2温室效应机制[J].云南大学学报（自然科学版）, 2023(2).
化学性质
无色无臭，不燃烧、不助燃，可压缩至高压的气体。 溶于水，气体二氧化碳溶解度171.3g/cm3水（0℃），水溶液呈酸性。
用途
用于养护焊接、铸钢造模及制造清凉饮料，用于水果、蔬菜作保鲜剂、致冷剂等
用途
广泛用于鱼类、奶油、冰淇淋等食品保鲜储存及低温运输等
用途
用于半导体器件制备工艺中热氧化、外延扩散、化学气相沉积、离子注入氮化等，还用于原子能发电、食品冷冻
用途
气体二氧化碳主要用作制纯碱、化肥(碳酸氢铵、尿素)及合成甲醇和无机盐工业的原料，亦用于钢铸件淬火和铅白制造，还用于制造干冰等。液体二氧化碳用于焊接、发酵工业、冷却和清凉饮料、制糖工业、医用局部麻醉，还用作大型铸钢防泡剂、植物成长促进剂、防氧化剂及灭火剂等。固体二氧化碳用于青霉素生产，鱼类、奶油、冰淇淋等食品贮存及低温运输等方面。
用途
作防腐剂，我国规定可用于汽酒类和碳酸饮料，按生产需要适量使用。
用途
充碳酸气剂；包装用气体；防腐剂；制冷剂；萃取剂；膨松剂；气调剂；Ph调节剂；加工助剂。
用途
二氧化碳在工业上有着广泛的用途，把二氧化碳和食盐原料可生产纯碱；二氧化碳与氨作用可制得尿素和碳酸氢铵等氮肥；二氧化碳与一氧化碳、氢在高温压下经催化可合成甲醇；二氧化碳是无机盐工业的原料；治金工业中用于钢铸件的淬火；干冰的升华潜热很大，在-60℃时为366.24J/g，具有很好的制冷效果，在低温实验，人工降雨、模制橡胶部件去毛刺和高速研磨等场合，都用干冰做制冷剂，干冰还可作食品的速冻保鲜剂；二氧化碳还可作为灭火剂，清凉饮料汽水、啤酒等生产也需要二氧化碳；近年，还用于开采石油、二次采油、输送粉煤等。碳酸盐类产品：碳酸钠、碳酸钾、轻质碳酸钙、胶体碳酸钙、晶体碳酸钙、轻质碳酸镁、碳酸钡、铅白、碳酸氢钠、碳酸氢铵等。（1）碳酸环己胺（C13H26N2O2）用作缓蚀防锈剂。（2）碳酸乙撑酯（C3H4O3）用作水玻璃浆料、合成呋喃唑酮、有机溶剂、表面活性剂的原料以及作纤维整理剂等。（3）六亚甲基二异氰酸酯 是高分子合成的中间体，主要用于合成聚氨酯橡胶和聚氨酯涂料。（4）邻羟基苯甲酸 用于医药、食品、香料、染料等的生产，还用作橡胶硫化延缓剂。（5）对羟基苯甲酸 用于防腐、杀菌消毒剂、食品添加剂，以及化妆品、医药等方面。1-羟基-2-萘甲酸，以萘酚为原料，加入氢氧化钠溶液，通入二氧化碳，再经酸化而得。主要用于长效电池、彩色影片成色剂、酸性媒介染料的中间体等。用相似的工艺方法也可得到2-羟基-3-萘甲酸，用于生产色酚染料以及医药、有机颜料的中间体。研究发展中的二氧化碳化工的新工艺路线可举例如下：（1）合成天然气（2）合成烃类（费-托合成法）（3）合成甲醇（4）合成甲酸（5）合成草酸（6）合成羧酸和内酯（7）合成烷基胺和烷基甲酰胺
用途
大量用作纯碱、小苏打、铅白、尿素和碳酸氢铵等的原料，还可用作灭火剂、保鲜制冷剂等;气体二氧化碳主要用作制纯碱、化肥(碳酸氢铵、尿素)及合成甲醇和无机盐工业的原料，亦用于钢铸件淬火和铅白制造，还用于制造干冰等。液体二氧化碳用于焊接、发酵工业、冷却和清凉饮料、制糖工业、医用局部麻醉，还用作大型铸钢防泡剂、植物成长促进剂、防氧化剂及灭火剂等。固体二氧化碳用于青霉素生产，鱼类、奶油、冰淇淋等食品贮存及低温运输等方面。;
用途
用作食品膨化剂、疏松剂等
生产方法
一般由糖类发酵制造酒精时所产生的气体经水洗、净化、干燥、冷却，并压缩成液体。
生产方法
CO2通常是酒精发酵和合成氨生产中的副产物，也可由煅烧石灰石而产生。经水洗、净化、压缩成液体CO2。
生产方法
在工业上，二氧化碳是煅烧石灰石制取石灰或发酵过程的副产品，也是生产氨、汽油和其他化工产品的烃类-蒸气转化炉的副产物，从烟道气（主要由氮气和二氧化碳组成）中可回收得到二氧化碳，还可直接从富含二氧化碳的天然气井中获得。
生产方法
煅烧法高温煅烧石灰石(或白云石)过程中产生的二氧化碳气，经水洗、除杂、压缩，制得气体二氧化碳。其
CaCO3[高温]→CaO+CO2↑
发酵气回收法生产乙醇发酵过程中产生的二氧化碳气体，经水洗、除杂、压缩，制得二氧化碳气。
副产气体回收法 氨、氢气、合成氨生产过程中往往有脱碳(即脱除气体混合物中二氧化碳)过程，使混合气体中二氧化碳经加压吸收、减压加热解吸可获得高纯度的二氧化碳气。
类别
有害气体
毒性分级
低毒
急性毒性
吸入-人 LCL0: 9000 PPM/5分
爆炸物危险特性
高热钢并可爆
可燃性危险特性
不燃; 可能烫伤
储运特性
库房通风低温干燥; 与有机物、易燃气体分开存放
灭火剂
水
职业标准
TWA 9000 毫克/立方米; STEL 54000 毫克/立方米
二氧化碳
上下游产品信息
上游原料
下游产品
1-甲基-4-哌啶酮盐酸盐
4-叔丁基环己基甲酸
3,6-二氯-2-羟基苯甲酸
3-硝基苯乙酸
3,3,3-三氟丙酸
4-吡啶乙酸乙酯
4-亚硝基二苯基胺
碳酸锆
2-噻吩磺酰氯
1-氯酞嗪
2-三氟甲基苯甲酸
二水乙酸锂
2,3,6-三氟苯甲酸
DL-亮氨酸
2,5-二氯异烟酸
2,4,6-三氟苯甲酸
四水醋酸镁
2-溴-6-氟苯甲酸
超细碳酸钙
1-羟基-2-萘甲酸
2,4,6-三氯苯甲酸
2,3,5,6-四氟-4-羟基苯甲酸
噻唑-2-甲酸
氯化溴
1,3-噻唑-2-甲酰氯
肉桂酰氯
氯乙醛缩二乙醇
N-甲基-2-吡咯羧酸
1,1-二乙基胍盐酸盐
二甲基乙烯酮
迷迭香提取物
环丙乙酸
庚二酮
五氟化钽
2,6-二羟基苯甲酸
冰染偶合组分 18
二氟尼柳