CN108069398A - 使用离子液体分解过氧化物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生成氧气的方法，其包括提供至少一种氧源；提供至少一种离子液体，所述离子液体包含阳离子和阴离子，其中所述氧源为至少可部分溶于所述离子液体中的过氧化氢加合物化合物，所述离子液体至少在‑10℃至+50℃的温度范围内呈液态，并且所述阴离子选自金属酸根阴离子；并且使所述氧源与所述离子液体接触。

Description

使用离子液体分解过氧化物的方法
本发明涉及用于生成氧气的方法。
人类在没有氧气的情况下无法生存。然而，在许多环境中，氧气供应不足或存在涉及氧气短缺的紧急情况，例如在潜水艇、矿井、太空舱以及空中飞机中。空气压力随着飞行高度的增加而降低，并且在许多飞行器，特别是远程飞行器的巡航高度处，人类不再有充足的氧气可用。因此，对飞行器座舱进行加压以便确保充足的氧气供应。在飞行器座舱突然减压的情况下，必须有可用的氧气面罩，其为机组人员和乘客提供氧气，直到飞机到达有充足氧气可用的飞行高度。
由这些应急系统提供的氧通常由所谓的“氯酸盐蜡烛”或“氧气蜡烛”产生。这些化学氧气发生器含有作为氧源的氯酸盐或高氯酸盐，以及各种添加剂诸如燃料、催化剂、粘合剂和调节剂。氯酸盐蜡烛常常呈圆柱形棒的形式，即它们具有与蜡烛相似的形状。氯酸盐蜡烛公开于例如WO 97/43210中。
尽管氯酸盐蜡烛被广泛使用，但它们需要发生氧气产生的高温。也就是说，在氯酸盐蜡烛中，氧气在450℃与700℃之间的温度下释放。因此，需要对氯酸盐蜡烛的有效热绝缘，这导致重量和尺寸上的罚分。此外，氯酸盐和高氯酸盐的分解往往产生毒性副产物，具体地氯气，而氯气必须从氧气流中除去，因此另外添加了尺寸和重量。此外，存在系统故障的风险。在氯酸盐蜡烛中，反应区通常是液态的，即从点火开始就存在行进穿过蜡烛的液区。在其他方面固体蜡烛中的液区使蜡烛明显地不稳定，使得机械冲击或甚至轻微的振动可能导致蜡烛部分分离，因此中断热传递并中止氯酸盐或高氯酸盐分解。在这种情况下，尽管氧气仍是极其需要的，但是氧气产生可能被中断。
不同类型的化学氧气发生器使用过氧化物作为氧源，所述过氧化物例如过碳酸钠、过硼酸钠或过氧化氢的脲加合物。过氧化物的分解产生氧气，并且可以通过使过氧化物化合物与适当的酶或过渡金属催化剂接触来开始分解反应。这种类型的化学氧气发生器公开于US 2035 896、WO 86/02063、JPS 61227903和DE 196 02 149中。
所有这些已知的基于过氧化物的氧气发生器具有共同之处：它们使用水来提供过氧化物与催化剂之间的接触。不幸的是，水在0℃下冻结，并且因此低于0℃可能无法产生氧气。对于许多应急系统来说，这是不可接受的。水性体系的另一个缺点是过氧化物在水性溶液中的分解导致反应混合物的剧烈起泡。因此，含有基于过氧化物的氧气生成组合物的氧气生成设备必须具有复杂的结构。
将有益的是提供对以上概述的现有技术的至少一些问题的解决方案，并且提供用于生成氧气的方法，所述方法在宽的温度范围内(并且优选地包括冰点以下的温度)可靠且连续地产生可吸入氧气。所产生的氧气应处于低温，优选低于150℃下，并且进一步优选不含有毒或其他有害组分诸如氯气或一氧化碳。也将有益的是提供能够在延长的时间段内并且以显著流速产生氧气的方法。
本发明的示例性实施方案包括用于生成氧气的方法，其包括提供至少一种氧源；提供至少一种离子液体，所述离子液体包含阳离子和阴离子，其中氧源为过氧化物化合物，离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内呈液态，并且阴离子选自金属酸根阴离子；并且使氧源与离子液体接触。
本发明的示例性实施方案基于全新概念，即离子液体用于分解固体过氧化物化合物的用途。
本发明的概念的技术实施方式包括用于生成氧气的组合物、用于由这种组合物生成氧气的方法、含有所述组合物的用于生成氧气的设备，以及离子液体在所述组合物中作为分散剂或溶剂和/或作为散热剂和/或用于使氧气在延长的时间段内从所述组合物中释放的用途。
本发明的实施方式还包括呈试剂盒形式的组合物，即呈防止所述组合物的为引发和支持氧气生成所需的所有成分可能彼此发生物理接触的形式。
本发明的实施方式还包括：所述试剂盒特别适于填充或再填充根据本发明的用于生成氧气的设备。
如可容易地理解的，所述组合物的成分是相同的，而不论本发明的技术实施方式是如何设想的。因此，用于具体实施方式所提供的任何公开内容，诸如组合物、设备方法或用途类似地适用于本发明的其他实施方式。
下文的实施方案1至65构成了本发明的示例性实施方式。
1.一种用于生成氧气的组合物，其包含
至少一种氧源，以及
至少一种包含阳离子和阴离子的离子液体，其中
-所述氧源为过氧化物化合物，
-所述离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内呈液态，并且
-所述阴离子选自金属酸根阴离子。
2.根据实施方案1所述的组合物，其中所述氧源和所述离子液体彼此不物理接触。
3.根据实施方案1或2所述的组合物，其中所述氧源选自碱金属过碳酸盐、碱金属过硼酸盐、脲过氧化氢及其混合物。
4.根据实施方案1至3中任一项所述的组合物，其中所述氧源为Na2CO3x 1.5H2O2、NaBO3x 4H2O、NaBO3x H2O、以及脲过氧化氢中的一种或多种。
5.根据实施方案1至4中任一项所述的组合物，其中所述阳离子选自由以下各项组成的组：杂环烃阳离子、铵和鏻阳离子。
6.根据实施方案1至5中任一项所述的组合物，其中所述阳离子具有至少一个取代基。
7.根据实施方案1至6中任一项所述的组合物，其中所述阳离子是对称或不对称二取代的。
8.根据实施方案6或7所述的组合物，其中所述取代基独立地选自具有1至18个碳原子的任选取代的烷基。
9.根据实施方案1至8中任一项所述的组合物，其中所述阳离子选自由以下各项组成的组：咪唑鎓、吡咯烷鎓、铵、胆碱、吡啶鎓、吡唑鎓、哌啶鎓、鏻、锍阳离子。
10.根据实施方案1至9中任一项所述的组合物，其中所述金属酸根阴离子包括至少一种过渡金属和至少一种卤根(halide)离子和/或拟卤根离子。
11.根据实施方案10所述的组合物，其中所述过渡金属选自铁和铜。
12.根据实施方案10或11所述的组合物，其中所述卤根选自由以下各项组成的组：氯离子、溴离子和碘离子，并且/或者所述拟卤根选自由以下各项组成的组：氰根、异氰根、硫氰酸根和异硫氰酸根。
13.根据实施方案1至12中任一项所述的组合物，其中所述离子液体具有通式zC+MXy z-，其中C表示一价阳离子，M选自由以下各项组成的组：Fe3+、Fe2+和Cu+，并且
当M是Fe3+时，y＝4并且z＝1，
当M是Fe2+时，y＝4并且z＝2，并且
当M是Cu+时，y＝2并且z＝1。
14.根据实施方案13所述的组合物，其中C表示N，N′-二取代咪唑鎓阳离子。
15.根据实施方案14所述的组合物，其中所述取代基独立地选自由以下各项组成的组：甲基、羟乙基、丁基、己基和辛基。
16.根据实施方案1至15中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含至少一种不具有金属酸根阴离子的离子液体。
17.根据实施方案1至16中任一项所述的组合物，其中所述氧源的存在量在所述组合物的1重量％至99重量％的范围内，并且所述离子液体的存在量在所述组合物的99重量％至1重量％的范围内。
18.根据实施方案1至17中任一项所述的组合物，其中所述氧源呈粉末的形式或呈至少一种粉末压块的形式。
19.根据实施方案18所述的组合物，其中所述至少一种粉末压块已用范围为1至220MPa的压力压实。
20.根据实施方案1至19中任一项所述的组合物，其中所述氧源为过氧化氢加合物化合物。
21.根据实施方案1至20中任一项所述的组合物，其中所述组合物作为至少两种物理上分离的制剂的试剂盒提供，所述制剂中的一种包含具有金属酸根阴离子的所述离子液体，并且另一种制剂包含所述氧源。
22.根据实施方案1至21中任一项所述的组合物，其中所述氧源为包含两种或更多种过氧化物化合物和任选的至少一种添加剂的氧源制剂。
23.根据实施方案1至22中任一项所述的组合物，其中所述离子液体为包含至少一种活性离子液体和任选的至少一种非活性离子液体以及另外任选的至少一种添加剂的离子液体制剂。
24.一种用于生成氧气的方法，其包括
提供至少一种氧源，
提供至少一种离子液体，所述离子液体包含阳离子和阴离子，
其中所述氧源为过氧化物化合物，所述离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内处于液态，并且所述阴离子选自金属酸根阴离子，以及
使所述氧源和所述离子液体接触。
25.根据实施方案24所述的方法，其中所述氧源选自碱金属过碳酸盐、碱金属过硼酸盐、脲过氧化氢以及其混合物。
26.根据实施方案24或25所述的方法，其中所述氧源为Na2CO3x 1.5H2O2、NaBO3x4H2O、NaBO3x H2O、以及脲过氧化氢中的一种或多种。
27.根据实施方案24至26中任一项所述的方法，其中所述阳离子选自由以下各项组成的组：杂环烃阳离子、铵和鏻阳离子。
28.根据实施方案24至27中任一项所述的方法，其中所述阳离子具有至少一个取代基。
29.根据实施方案24至28中任一项所述的方法，其中所述阳离子是对称或不对称二取代的。
30.根据实施方案28或29所述的方法，其中所述取代基独立地选自具有1至18个碳原子的任选取代的烷基。
31.根据实施方案24至30中任一项所述的方法，其中所述阳离子选自由以下各项组成的组：咪唑鎓、吡咯烷鎓、铵、胆碱、吡啶鎓、吡唑鎓、哌啶鎓、鏻、锍阳离子。
32.根据实施方案24至31中任一项所述的方法，其中所述金属酸根阴离子包括至少一种过渡金属和至少一种卤根离子和/或拟卤根离子。
33.根据实施方案32的所述方法，其中所述过渡金属选自铁和铜。
34.根据实施方案32或33所述的方法，其中所述卤根选自由以下各项组成的组：氯离子、溴离子和碘离子，并且/或者所述拟卤根选自由以下各项组成的组：氰根、异氰根、硫氰酸根和异硫氰酸根。
35.根据实施方案24至34中任一项所述的方法，其中所述离子液体具有通式zC+MXy z-，其中C表示一价阳离子，M选自由以下各项组成的组：Fe2+、Fe3+和Cu+，并且
当M是Fe3+时，y＝4并且z＝1，
当M是Fe2+时，y＝4并且z＝2，并且
当M是Cu+时，y＝2并且z＝1。
36.根据实施方案35所述的方法，其中C表示N，N′-二取代咪唑鎓阳离子。
37.根据实施方案36所述的方法，其中所述取代基独立地选自由以下各项组成的组：甲基、羟烷基、羟乙基、丁基、己基和辛基。
38.根据实施方案24至37中任一项所述的方法，其中所述组合物包含至少一种不具有金属酸根阴离子的离子液体。
39.根据实施方案24至38中任一项所述的方法，其中所述氧源的存在量在所述组合物的1重量％至99重量％的范围内，并且所述离子液体的存在量在所述组合物的99重量％至1重量％的范围内。
40.根据实施方案24至39中任一项所述的方法，其中所述氧源呈粉末的形式或呈至少一种粉末压块的形式。
41.根据实施方案40所述的方法，其中所述至少一种粉末压块已用范围为1至220MPa的压力压实。
42.包含阳离子和阴离子的离子液体的用途，其中所述阴离子选自金属酸根阴离子，作为过氧化物化合物的分解反应的引发剂，并且作为用于耗散反应热的散热剂。
43.根据实施方案42所述的用途，其中所述离子液体为如实施方案27至38中任一项所述的离子液体，并且所述氧源为如实施方案25或26所述的过氧化氢加合物化合物。
44.一种用于生成氧气的设备，其包括
-至少一个反应室，其用于容纳用于生成氧气的组合物，所述组合物包含氧源制剂和离子液体制剂，所述氧源制剂包含过氧化物化合物，并且所述离子液体制剂包含具有阳离子和金属酸根阴离子的离子液体，
-用于保持所述氧源制剂和所述离子液体制剂彼此物理上分离的装置，
-用于建立所述氧源制剂和所述离子液体制剂的物理接触的装置，以及
-用于允许氧气离开所述反应室的装置。
45.根据实施方案44所述的设备，其中所述用于允许氧气离开所述反应室的装置是透气膜或玻璃料、是透气且液密的。
46.根据实施方案44或45所述的设备，其中所述反应室包括第一隔室和第二隔室，所述第一隔室用于接收所述氧源制剂和所述离子液体制剂中的一者，所述第二隔室用于接收所述氧源制剂和所述离子液体制剂中的另一者。
47.根据实施方案44至46中任一项所述的设备，其中所述用于保持所述氧源制剂和所述离子液体制剂物理上分离的装置包括在所述室内的用于接收所述氧源制剂和所述离子液体制剂中的一者的至少一个接受器。
48.根据实施方案44至47中任一项所述的设备，其中所述用于保持所述氧源制剂和所述离子液体制剂中的一者物理上分离的装置包括在所述第一隔室与所述第二隔室之间的膜、金属或塑料箔或玻璃片。
49.根据实施方案44至48中任一项所述的设备，其中所述用于建立物理接触的装置包括用于破坏所述用于保持所述氧源制剂和所述离子液体制剂物理上分离的装置的设备，和用于启动所述设备的启动机构。
50.根据实施方案44至49中任一项所述的设备，其中所述用于破坏的设备为实心板、格栅、切割刃或撞针。
51.根据实施方案44至50中任一项所述的设备，其中所述用于建立物理接触的装置为注射器或定量机构。
52.根据实施方案44至51中任一项所述的设备，其中所述至少一个反应室被放置在具有氧气出口的容器内。
53.根据实施方案44至52中任一项所述的设备，其中至少两个反应室被放置在具有氧气出口的容器内，所述容器提供用于接收离开所述至少两个反应室的氧气的共用气体空间。
54.根据实施方案53所述的设备，其包括3至20个反应室。
55.根据实施方案53或54所述的设备，其中所述至少两个反应室包括用于生成氧气的两种不同组合物。
56.根据实施方案55所述的设备，其中所述用于生成氧气的不同组合物在具有金属酸根阴离子的离子液体类型或过氧化物化合物类型上不同，或在所述氧源的压实度上不同。
57.根据实施方案44至56中任一项所述的设备，其中所述过氧化物化合物选自碱金属过碳酸盐、碱金属过硼酸盐、脲过氧化氢以及其混合物。
58.根据实施方案57所述的设备，其中所述过氧化物化合物为Na2CO3x 1.5H2O2、NaBO3x 4H2O、NaBO3x H2O、以及脲过氧化氢中的一种或多种。
59.根据实施方案44至58中任一项所述的设备，其中所述阳离子选自由以下各项组成的组：杂环烃阳离子、铵和鏻阳离子。
60.根据实施方案44至59中任一项所述的设备，其中所述阳离子表示N，N′-二取代咪唑鎓阳离子。
61.根据实施方案44至60中任一项所述的设备，其中所述离子液体制剂还包含不具有金属酸根阴离子的离子液体。
62.根据实施方案44至61中任一项所述的设备，其中所述金属酸根阴离子包括至少一种过渡金属和至少一种卤根离子和/或拟卤根离子。
63.根据实施方案62所述的设备，其中所述阴离子包括铁或铜。
64.根据实施方案52至63中任一项所述的设备，其中所述氧气出口包括用于限制气体流动的装置。
65.用于生成氧气的设备的装料组分，所述装料组分包括氧气制剂和/或离子液体制剂，所述氧气制剂包含过氧化物化合物，所述离子液体制剂包含具有阳离子和金属酸根阴离子的离子液体。
本发明意义上的用于生成氧气的组合物、方法、设备或用途是旨在用于生成氧气的组合物、方法、设备或用途，而任何作为副反应可生成氧气的组合物、方法、设备或用途不构成本发明意义上的组合物、方法、设备或用途。
根据本发明的示例性实施方案的氧气生成组合物包含，作为必要组分，作为氧源的至少一种过氧化物化合物，和作为用于氧源的分解反应的引发剂且用于耗散在过氧化物分解反应期间生成的热的至少一种离子液体。组合物是2-组分体系。
本发明人发现，可通过以与在水性溶液中类似的方式通过具体离子液体来使过氧化物化合物(诸如过氧化氢加合物化合物)分解，但不伴有水性溶液的缺点。具体地，过氧化物化合物(诸如过氧化氢加合物、)在这些离子液体中的分解在低温下产生可吸入氧气，并且不需要用于氧气生成设备的大体积绝热系统。本发明的示例性氧气生成组合物不含有任何水。
离子液体为呈液态的盐。因此，在无分解或汽化的情况下熔融的任何盐产生离子液体有时，认为在低于水沸点下呈液体的盐为离子液体。技术上特别感兴趣是在相对较低温度下诸如在室温或甚至低于室温下呈液态的那些离子液体。
离子化合物在其至少在-10℃至+50℃的温度范围内处于液态时被认为是离子液体。优选的离子液体至少从-30℃至+70℃处于液态，并且最优选的离子液体在更宽的温度范围(诸如-70℃至+150℃)内处于液态。
离子液体的特性可以通过改变化学结构来改变和适于具体需要。通常，离子液体是热稳定的、具有宽液态区、高热容量并且几乎没有蒸汽压力。大多数离子液体为不燃的。它们甚至可以用作阻燃剂。参考公开离子液体阻燃剂的US 2011/0073331 A1和公开制备方法的引用文献(第0127段)。
如上所指出的，本发明中使用的离子液体应在低温下，优选在降至-30℃或甚至以下呈液态。此类离子液体是由有机阳离子和有机阴离子组成的盐，并且阳离子和阴离子均是大体积的并且优选是不对称的。通常，熔融温度随着阳离子和阴离子的蓬松度的增加和对称性的降低而降低。高膨松且不对称阳离子和阴离子的组合可能不会冷冻至低至-120℃的温度。许多离子液体为可用的，所述离子液体在-70℃及以上是液体。
能够在非水性体系中分解过氧化氢加合物化合物和其他过氧化物化合物的具体离子液体为基于金属酸根的离子液体，即，阴离子是金属酸根。金属酸根阴离子是络合阴离子，其中金属连接到多个原子或小基团。这些活性离子液体具有通式
zC+MXy z-(1)，
其中C表示阳离子，M表示金属，并且X表示卤根或拟卤根。y、z的值取决于具体金属的化合价。通常，y和z在一至六的范围内。
合适的阳离子是例如咪唑鎓、吡咯烷鎓、铵、胆碱、吡啶鎓、吡唑鎓、哌啶鎓、鏻和锍阳离子。阳离子可以或可以不具有取代基。具体地，阳离子可具有一个或多个取代基。在示例性实施方案中，阳离子是二取代的。取代可以是对称的或不对称的。
示例性取代基(侧链)是具有1至18个碳原子的烷基，其可进一步被取代。此类取代基是甲基、羟烷基(诸如羟乙基)、丁基、己基和辛基。示例性的活性离子液体具有对称或不对称的N，N′-二取代咪唑鎓阳离子。
活性离子液体的阴离子包括过渡金属。如本文所理解的过渡金属是具有不完全d壳层，或者可以形成具有不完全d壳层的离子的那些元素，包括镧系元素和锕系元素。示例性过渡金属是铁和铜，这归因于它们特别高的活性。例如，铁在离子液体中可以正2和正3氧化态存在，并且例如铜可以正1氧化态存在。另一个示例性过渡金属是钛，例如以正4氧化态存在。
阴离子还包括至少两种离子X，其中X具有负1的电荷。示例性离子是卤根和拟卤根。示例性卤根是氟离子、氯离子、溴离子和碘离子，并且示例性拟卤根是氰根、异氰根、氢氧根、氢硫根、氰酸根、异氰酸根、硫氰酸根、异硫氰酸根、叠氮根。以上式(1)中的离子X可以是相同或不同的。例如，金属酸根阴离子可含有一个卤根离子和一个拟卤根离子。
具有特别高的过氧化物分解活性的离子液体为N，N′-二取代咪唑金属酸盐化合物，其包含处于正2或正3氧化态的铁或处于正1氧化态的铜，具有下式(2)
当M表示Fe3+时，y＝4并且z＝1，
当M表示Fe2+时，y＝4并且z＝2，并且
当M表示Cu1+时，y＝2并且z＝1。
R和R’彼此独立地表示具有1至18个碳原子的任选取代的烷基，例如甲基、羟烷基(诸如羟乙基)、丁基、己基或辛基。
具有式(1)的活性离子液体可例如通过使前体化合物CX和MXy-z反应来制备，如Inorg.Chem.，2001，40(10)，第2298-2304页中所描述的。
一种单一活性离子液体可用于通过分解过氧化物来生成氧气。可替代地，不同的活性离子液体可组合使用，或另外可替代地，一种或多种活性离子液体可与一种或多种非活性离子液体组合使用。非活性离子液体为不具有活性金属酸根阴离子，并且因此不能分解过氧化物以产生可吸入氧气的液体盐。因此，在示例性实施方案中，本发明使用包含一种或多种活性离子液体，即，具有金属酸根阴离子的离子液体，以及任选的一种或多种非活性离子液体，即，不具有金属酸根阴离子的离子液体的离子液体制剂。
可与活性离子液体组合使用的非活性离子液体没有特别限制。仅要求非活性离子液体在所需温度范围内为液体，并且它们不与氧气生成组合物的任何成分，或不与过氧化物分解反应的反应产物或中间产物反应。
用于非活性离子液体的合适的阳离子是例如与以上针对活性离子液体指出的相同的阳离子。合适的阴离子包括二甲磷酸根、甲基硫酸根、三氟甲基磺酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、氯离子、溴离子、碘离子、四氟硼酸根和六氟磷酸根。在“小”阴离子诸如氯离子、溴离子和碘离子的情况下，可以选择体积特别大的阳离子，以提供所需的低温流动性。
一些示例性的非活性离子液体为
-丁基三甲基铵双(三氟甲磺酰基)酰亚胺
-1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐，
-1-丁基-3-甲基咪唑二甲基磷酸盐，
-1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐，
-1，1-丁基甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰基)酰亚胺，
-1，3-二甲基咪唑二甲基磷酸盐，
-1，3-二甲基咪唑甲基硫酸盐。
在示例性实施方案中，至少一种固体过氧化氢加合物化合物用作氧源。固体过氧化氢加合物化合物构成液体过氧化氢的合适且稳定的替代物、易于储存、长期稳定并且使用安全。示例性氧源为碱金属过碳酸盐，例如过碳酸钠(Na2CO3x 1.5H2O2)、碱金属过硼酸盐，例如过硼酸钠(NaBO3x 4H2O、NaBO3x H2O)以及脲过氧化氢(UHP)。在UHP中，脲和过氧化氢以约1：1的摩尔比存在。
过氧化物化合物没有特别限制，只要它们在通常的储存条件下，优选还在例如邻近火的升高温度下是稳定的。过氧化物化合物可单独使用或以两种或更多种的组合，即作为氧源制剂使用。此类制剂可以含有不会不利地干扰过氧化物分解反应的其他添加剂。过氧化物化合物在活性和非活性离子液体中可以是可溶的或部分可溶的或不溶的。
在示例性实施方案中，用于生成氧气的组合物可包含约1重量％至99重量％的一种或多种氧源、约99重量％至1重量％的一种或多种活性离子液体，以及任选的约1重量％至98重量％的一种或多种非活性离子液体。在另外的示例性实施方案中，氧源或氧源混合物占15重量％至45重量％，活性离子液体或活性离子液体混合物占55重量％至85重量％，并且非活性离子液体占组合物的0重量％至84重量％。任选地，可存在另外的成分，例如二氧化硅。在示例性实施方案中，此类附加成分的量不超过组合物的约20重量％。
在本文情境中，术语“组合物”包括其中氧源和活性离子液体彼此接触的条件以及氧源和活性离子液体彼此不接触的条件，即，氧源和活性离子液体构成多部分试剂盒。
当过氧化物化合物诸如固体过氧化氢加合物化合物与具有金属酸根阴离子的活性离子液体接触时，过氧化物的分解进行。因此，用于生成氧气的组合物的成分应储存在活性离子液体不能触发氧气从过氧化物中释放的条件下。在示例性实施方案中，这是通过提供呈“多部分试剂盒”的形式，即，作为两种组分的组合的用于生成氧气的组合物来实现的，其中一种成分包括至少一种氧源，而另一种成分包括至少一种活性离子液体。试剂盒可任选地包含一种或多种另外的组分，例如非活性离子液体。在示例性实施方案中，用于生成氧气的组合物的任何另外的组分与氧源或活性离子液体或两者混合。
作为示例性的另外的组分的可以是所提及的二氧化硅(作为散热剂)、间苯二酚(作为自由基清除剂)、2-甲基-氢醌、丁子香酚、苯酚和4-丙基苯酚，它们全部都降低了反应速率。
因此，根据本发明的用于生成氧气的示例性方法包括：提供至少一种氧源；提供至少一种包含金属酸根阴离子的活性离子液体，其中氧源为过氧化物化合物，并且活性离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内呈液态；以及使氧源和离子液体接触。
根据本发明的用于生成氧气的示例性设备特别适于容纳用于生成氧气的组合物的必要成分，即，处于物理上分离状态的至少一种氧源和至少一种活性离子液体，并且一旦需要生成氧气时就使它们物理接触。
示例性设备包括至少一个反应室。反应室可具有一个单一隔室，或通过膜或可容易破坏的另一液密装置，例如薄金属或塑料箔或薄玻璃板彼此隔开的两个隔室。。可替代地，反应室可含有至少一个接受器，其用于接收用于生成氧气的组合物的必要成分中的一者，即，至少一种氧源或至少一种活性离子液体，以及任选的任何添加剂。通过将氧源和活性离子液体中的一者放置在可密封的接受器中，而另一种必要成分位于接受器外部，或者，通过将用于生成氧气的组合物的成分中的一者放置在反应室的第一隔室中，而将另一必要成分放置在反应室的第二隔室中，保持了必要成分在物理上分离，并且防止了过氧化物化合物的分解反应。
为了允许氧气的生成，必须建立用于生成氧气的组合物的必要成分，即，过氧化物化合物和活性离子液体，的物理接触。这可以例如通过破坏使反应室的第一隔室和第二隔室分离的膜或箔片或其他装置，或通过破坏含有用于生成氧气的组合物的必要成分中的一者的接受器来实现。可例如通过布置在反应室的一个隔室中的切割设备的切割刃来破坏膜或其他分离装置，并且可例如通过实心板或格栅来破坏布置在仅含有一个隔室的反应室内的接受器。具有切割刃的切割设备和实心板或格栅两者在由致动器(例如弹簧机构)启动后移动。一旦氧气传感器感测到低氧条件，致动器就可例如由需氧气的人致动，或者可自动地致动。
一旦成分的接触已建立，氧气生成就迅速地或略微延迟地开始，这取决于成分状态，如将在下文描述的。氧气通过允许氧气通过，同时在其他方面密封反应室的装置离开反应室，所述装置例如透气膜或透气但液密的任何其他结构，例如，玻璃料或分子筛。当反应室布置在容器内时，氧气可被释放到容器的顶部空间中，并且通过氧气出口离开容器。
在示例性实施方案中，用于生成氧气的设备包括多于一个的反应室，并且至少两个反应室布置在共同的容器内。每个反应室可单独设置有用于建立用于生成氧气的组合物的组分的物理接触的装置，或者，常见的此类装置可被提供用于多个反应室或所有反应室。在每个反应室中生成的氧气被释放到容器的共用顶部空间中，并且通过氧气出口离开容器。
包括多个反应室的实施方案允许的是，可通过向反应室装入具有不同的氧气释放曲线的用于生成氧气的组合物来在特别长时间段内提供氧气。原则上，具有不同的氧气释放曲线的这种组合物也可以被装入一个单一反应室中，由此在长时间段内提供氧气。显而易见的是，仅具有一个反应室的用于生成氧气的这种设备具有非常简单的构造。简单的构造通常是最可靠的构造。
本发明人已经发现，过氧化物化合物的分解反应时程可能受各种因素的影响。
过氧化物化合物的性质没有或几乎没有影响，即，已经发现所有经测试的过氧化物化合物都表现等同。
关于活性离子液体，活性可通过改变阳离子或阴离子或两者来操纵。作为阳离子，可使用不同的杂环，并且杂环可被不同的取代基取代。关于阴离子，可使用不同的金属，并且与过渡金属或其他金属配位的卤根或拟卤根也可以变化。所有这些修改对过氧化物分解速率和分解反应开始的时间点都有一些影响。此外，在分解反应期间达到的最大反应温度对于离子液体的不同化学组成而言略有不同。然而，最大反应温度也取决于活性离子液体的量，并且特别是使用的过氧化物的量。反应温度随着过氧化物量的增加而增加，但不会超过约120℃。
发现了过氧化物化合物暴露于活性离子液体的表面积对分解反应曲线的最大影响。在以下实例中，已使用过氧化氢加合物化合物。很明显，可通过减少或扩大过氧化氢加合物化合物的表面积来显著地改变反应速率。当过氧化合物以细颗粒的形式存在时，分解反应特别快。小颗粒可由活性离子液体容易且快速地接近。
过氧化氢加合物化合物或可被活性离子液体容易接近的任何其他固体过氧化物化合物的表面积可通过将过氧化物压制成粉末压块(例如球剂)来有效地减小。粉末压块在形状(例如，具有圆柱形或矩形块形状)、尺寸、压实度(其随压实压力的增加而增加)和重量上可有不同。已发现，重量直接影响所生成的氧气量，即，反应是可缩放的。反应混合物中过氧化物的量决定了所生成的氧气量。然而，反应速率独立于粉末压块的重量和形状，也完全独立于粉末压块的尺寸。
已发现压实度的强大影响。高压实压力明显延迟了反应的开始和/或延长了氧气生成的时间段。原因在于，高压实压力导致粉末压块的高密度，从而导致粉末压块的低孔隙率。在其表面处具有许多开放孔的粉末压块可容易且迅速地被离子液体渗透，而在其表面处仅具有少量开放孔的粉末压块未使离子液体快速渗透到粉末压块本体中。因此，在粉末压块具有高压实度的情况下，与活性离子液体的接触被延迟，并且所述延迟随着压实度的增加而增加。有趣的是，压实之前的过氧化物的粒径不影响反应开始的延迟。
因此，压缩过氧化物化合物是用于操纵发生氧气生成的时间段的选择措施。根据经验法则，可以说分解反应开始的延迟随着压实压力的增加而增加。
应当理解，所公开的用途、方法和设备可利用以上关于组合物和产物所描述的任何材料，并且反之亦然。
本文中对“包括(comprising)”的所有提及应当理解为涵盖“包括(including)”和“含有”以及“由...组成”和“基本上由...组成”。
术语“一个/种”意指“至少一个/种”。
参考附图，本发明将通过以下非限制性实例来进一步说明，其中：
图1至图3是示出在不同离子液体制剂的情况下来自UHP的氧气析出的图。
图4是示出在C4mimFeCl4的情况下来自不同过氧化物化合物的氧气析出的图，
图5是示出UHP与不同离子液体反应的反应温度的图，
图6是示出不同量的UHP分解期间的反应温度的图，
图7是示出与粉末相比来自粉末压块的氧气析出的图，
图8是示出来自不同量的过氧化物压块的氧气析出的图，所述不同量的过氧化物压块在相同的压实压力下具有不同的重量。
图9是示出来自具有不同形状的过氧化物粉末压块的氧气析出的图，
图10是示出来自不同过氧化物化合物的氧气析出的图，
图11是示出来自压实之前具有不同粒径的过氧化物粉末化合物的氧气析出的图，
图12至图16示意性地示出根据本发明的用于从组合物生成氧气的设备的若干实施方案，
图17和图18是示出来自具有若干个反应室的设备的氧气析出的图，并且
图19是示出图18所示的设备的每个反应室的峰值反应温度的图。
在所有示出氧气析出或反应温度的图中，氧气析出(或相应地反应温度)相对于运行时间绘制，其中运行时间是在使氧源和离子液体接触的时间点开始运行的时间。
在以下实例中，使用具有简单电压拾取的鼓式气量计和模数转换器来测量由过氧化物分解反应生成的氧气体积。这导致了系统性测量误差。在许多实例中，测得的气体体积略高于理论上可能的气体体积。原因在于：分解反应是轻微放热的，从而在某种程度上将所生成的氧气加热到略高于室温的温度。当氧气离开反应室时，它被冷却到室温，从而导致气体体积收缩。所使用的鼓式气量计不能补偿由于冷却时气体体积收缩引起的体积误差。而是，负体积(体积减小)被记录为正体积(体积增大)。在一些图中所示的值0.13X1000cm3对应于可释放O2的理论量。
在实施例中，使用以下缩写
实施例1
将10.0mmol脲过氧化氢(UHP)和10.0mmol不同的咪唑四氯高铁酸盐装入圆底烧瓶中。在封闭器皿之后，利用鼓式气量计测量所释放氧气体积。表1中针对不同活性离子液体指示了装料量和所释放气体体积。
表1：
针对不同咪唑四氯高铁酸盐和1g UHP的反应的装料量和所释放氧气体积。
离子液体 C2OHmimFeCl4 C4mimFeCl4 C6mimFeCl4 C8mimFeCl4
UHP质量 1g 1g 1g 1g
IL质量 3.10g 3.36g 3.65g 3.93g
气体体积 132.5cm3 135cm3 135cm3 165cm3
反应曲线显示于图1中。图1显示出，分解反应的开始强烈取决于所使用的具体离子液体。
实施例2
将10.0mmol脲过氧化氢(UHP)各自与如表2所指示的离子液体制剂一起装入器皿中。在封闭器皿之后，测量所释放气体体积。结果在表2和图2中示出。
表2：
针对不同离子液体制剂与1g UHP的反应的装料量和所释放气体体积。
表2和图2显示出，对于不同的离子液体所释放氧气量是相似的，然而，对于不同的离子液体制剂，分解反应的开始变化相当大。
实施例3：
将10mmol UHP和10mmol不同的咪唑四氯高铁酸盐装入圆底烧瓶中。所使用的具体离子液体在表3中指示。在封闭器皿之后，利用鼓式气量计测量所释放气体体积。表3也指示了装料量和通过不同离子液体释放的气体体积。
表3
IL制剂 C4mimFeBr4 C4mimFeBrCl3 C4mimFeCl4
UHP量 1g 1g 1g
IL量 5.15g 3.81g 3.36g
气体体积 128cm3 128cm3 135cm3
针对不同咪唑四氯高铁酸盐和1g UHP的反应的装料量和所释放气体体积。
如表3和图3显示，对于不同的四氯高铁酸盐，所释放氧气体积是非常相似的，然而，对于不同的四氯高铁酸盐，分解反应开始的时间点差别相当大。
实施例4：
将如表4所指示的10mmol过氧化氢加合物化合物和10mmolC4mimFeCl4装入圆底烧瓶中。在封闭器皿之后，利用鼓式气量计测量所释放气体体积。来自不同过氧化物的装料量和所释放氧气体积显示于表4和图4中。
可以看出，不同的过氧化物化合物以及过氧化物化合物的混合物对于产生氧气都是有效的。
表4
实施例5：
将如表5所指示的10mmol UHP和10mmol活性离子液体装入圆底烧瓶中。在封闭器皿之后，通过鼓式气量计测量所释放氧气体积。同时，利用热电偶(K型)测量反应溶液的温度。测得的最高温度列于表5中并且如图5所示。可以看出，不同离子液体的峰值温度是不同的，然而，峰值温度总是很低。即使最高的峰值温度也低于120℃。
表5：
当分解1g UHP时，针对不同离子液体的最高反应温度
IL 最高温度
C2OHmimFeCl4 79℃
C4mimCuCl2 81℃
C4imFeBr4 119℃
C4mimFeCl4 57℃
实施例6：
将不同量的脲过氧化氢(UHP)和等摩尔量的C4mimFeCl4装入圆底烧瓶中。在封闭器皿之后，利用鼓式气量计测量所释放气体体积，并且同时利用热电偶(K型)测量反应溶液的温度。测得的最高温度和所释放气体体积列于表6中。最高温度也显示于图6中。
表6：
UHP量 所释放气体体积 最高温度
1g UHP 140cm3 79℃
5g UHP 545cm3 81℃
10g UHP 1388cm3 119℃
当分解1g UHP时，针对不同离子液体的最高反应温度。
如表6和图6显示，最高温度随着过氧化物量的增加而增大。然而，在所有情况下，反应温度都低于120℃。
实施例7：
将呈粉末形式或压缩成粒料(圆柱形模具)或压缩成立方体的1g脲过氧化氢加合物化合物(UHP)与具有过氧化物分解能力的基于咪唑高铁酸盐的离子液体制剂(C4mimFeCl4)一起添加在玻璃烧瓶中。在封闭反应器皿之后，利用鼓式气量计测量所释放氧气体积。压缩压力、所释放氧气和直到完全释放可用氧气的时间列于表7中。图7描绘针对UHP粉末压块(粒料)和UHP粉末的所释放氧气体积对反应时间的曲线。
结果清楚地证明，在呈粉末形式的氧源的情况下，在将氧源和活性离子液体组合之后，氧源的分解反应相当迅速地开始，而在呈压缩形式的氧源的情况下，分解反应的开始略微延迟。图8示出对针对相同压缩的过氧化物粉末压块的不同模具几何形状的氧气析出的比较。
图8比较了方形粉末压块和圆形粉末压块的分解反应曲线。粉末压块具有相同的压缩度。显然，不同的几何形状不影响分解反应曲线。而是，对于方形粉末压块和圆形粉末压块，反应开始时的反应速率和所释放氧气体积非常相似
表7：
过氧化物加合物(形状) 质量 压实压力 体积 时间1
UHP(粉末) 1g 133cm3 2.2min
UHP(粒料) 1g 75MPa 135cm3 8.4min
UHP(方形) 1g 74MPa 142cm3 8.1min
1)“时间”意指直到完全释放所有可用氧气的时间。
实施例8：
将不同量的压缩成粒料(圆形)的脲过氧化氢化合物与具有过氧化物分解能力的基于咪唑高铁酸盐的离子液体制剂(C4mimFeCl4)一起混合在玻璃烧瓶中。在封闭反应器皿之后，利用鼓式气量计测量所释放气体体积。同样地，以相同的方式处理由UHP和过硼酸钠(摩尔比为1∶3)组成的氧源。过氧化物量、压实压力、所释放气体体积和直到完全释放可用氧气的时间列于表8中。脲过氧化氢粒料(由于UHP的不同量而具有不同直径的粒料)的氧气生成对反应时间的曲线描绘于图9中。图10示出来自混合的过氧化物加合物(UHP∶过硼酸钠，摩尔比为1∶3)粒料的氧气生成。
表8：
1)“时间”意指直到完全释放所有可用氧气的时间
图11示出以下比较：将来自质量为1g的粒料的氧气释放与来自由具有不同粒径的UHP粉末制成的粒料的氧气释放进行的比较。
从图9可以看出，所使用的过氧化物量决定了所生成的氧气量。分解反应的反应速率和开始时间不受所使用的过氧化物量的显著影响。
图10示出，来自作为唯一氧源的脲过氧化氢的氧气生成与来自包含UHP和过硼酸钠的混合氧源的氧气生成类似。具体氧源对所生成的氧气量、反应速率和分解反应的开始几乎没有影响。
尽管压实度，即压实压力显著影响分解反应开始时间点，但在压实之前的粒径不起作用。此结果从图11中明显看出，所述图11将来自已用相同压实压力压制的等重量UHP粒料的氧气生成进行比较。然而，一个实例是在压缩之前碾磨成非常细的颗粒。尽管如此，两种样品的反应曲线几乎相同。
在示例性实施方案中，具体设计了用于从如上所述的组合物生成氧气的设备，所述组合物使用具有金属酸根阴离子的离子液体来分解作为氧源的过氧化物化合物，并且耗散在分解反应期间生成的反应热。在示例性实施方案中，用于生成氧气的设备具有至少一个反应室，所述反应室用于将组合物储存在氧源和活性离子液体彼此不物理接触的条件下。氧源和活性离子液体的这种物理接触必须就在需要氧气的那一时刻建立。在示例性实施方案中，所述设备配备有合适的装置，所述装置用于允许氧源和活性离子液体在所述时刻彼此接触。此外，在示例性实施方案中，所述设备允许所生成的氧气离开反应室。一些示例性设备在图12至图16中示出，其中相同的附图标记指定相同的部件。此类示例性实施方案的描述不得理解为以任何方式限制本发明。
图12示出用于生成氧气的设备1，所述设备1具有用于储存用于生成氧气的组合物的一个单一反应室2。在这样的单个反应室2中，氧源和活性离子液体中的至少一者被封装在接受器中，以便避免与反应室2中所含有的相应其他成分发生接触。在图12所示的实施方案中，两个接受器5、6布置在反应室中。接受器5含有例如呈粉末形式或压缩成粒料的氧源制剂7。接受器6含有离子液体制剂8。可替代地，可能仅存在一个用于封装氧源制剂的接受器，而离子液体制剂在反应室2内是“自由的”，或者离子液体制剂8可封装在接受器内，而氧源制剂7未封装在单独的接受器中。
在本文中，术语“氧源制剂”意味着氧源可以是单一过氧化物化合物，但也可以是两种或更多种过氧化物化合物的组合，并且可任选地含有不与过氧化物分解反应不利地相互作用的任何添加剂。
如本文所用的术语“离子液体制剂”指示，离子液体可以是如上所述的单一活性离子液体，但也可以是如上所述的两种或更多种活性离子液体的组合，或可被一种或若干种不同的非活性离子液体稀释。此外，离子液体制剂可含有不与过氧化物分解反应不利地相互作用的任何添加剂。
希望将氧源制剂7和离子液体制剂8储存在反应室2内，其布置方式为使得一旦需要氧气生成时，氧源制剂和离子液体制剂就能够紧密混合。另一方面，应避免不合时宜的混合。因此，在示例性实施方案中，氧源制剂和离子液体制剂均被放置在各自的接受器中。这构成了在接受器泄漏或破损的情况下防止氧源和活性离子液体意外混合的有利预防措施。
在应当生成氧气的情况下，接受器5或接受器5和6分别被打破设备18破坏。在图12中，打破设备18具有板的形式，然而，用于破坏接受器的装置不限于板，并且其他装置对于本领域技术人员而言是已知的，例如撞针或格栅。板18的移动可通过弹簧19或另一个启动机构来实现。在用于生成氧气的设备的储存期间，弹簧19处于张力下并且将板18保持在远离接受器5、6的位置处。一旦通过合适的触发机构(未示出)释放张力，弹簧19就将板18朝向接受器5、6移动，并且板18破坏接受器5、6。这种触发事件可以是例如将氧气面罩拉向飞机上的乘客。另一个示例性触发机构是感测低氧条件的氧气传感器。
接受器5、6和板18由保证接受器5、6在被板18撞击时将破损或破裂的材料制成。示例性材料是用于接受器5、6的塑料箔或玻璃，以及用于板18的较厚的塑料材料或金属。
接受器5、6的破坏引起氧源制剂7和离子液体制剂8的混合，并且在室温或低于室温的温度下已经开始氧气生成。为了允许氧气离开反应室2，反应室2具有开口，所述开口在所示实施方案中利用透气膜16进行密封。开口可处于与图12所示不同的位置处，或可存在多于一个的开口。这类似地适用于本发明的用于生成氧气的所有设备。
可使本发明的设备中所生成的氧气通过过滤器或本领域已知的其他净化装置。所述设备可配备有此类装置。
氧气生成反应只是轻微放热的过程，并且由分解过程生成的反应热不会显著地加热所生成的氧气。离开反应室的氧气几乎处于适于呼吸的温度，即远低于150℃。反应室2不需要耐高温，并且可由轻质、低熔点材料诸如塑料制成。另外，不需要任何大体积的绝缘材料。这在必须节省重量和/或限制空间的所有情况下，例如在应安装在飞行器中的氧气面罩的情况下是特别有利的。
图13示出用于生成氧气的本发明设备1的替代实施方案。在图13的实施方案中，反应室2具有两个隔室，即通过液密膜17隔开的第一隔室3和第二隔室4。第一隔室3含有氧源制剂7，并且配备有具有切割刃20′的切割设备20。切割设备布置在允许切割刃20’切穿使第一隔室3与第二隔室4隔开的膜17的位置。
隔室3、4分别具有由膜15、16密封的开口。膜15、16是透气的，因此允许在氧气生成反应期间生成的氧气离开反应室2。
启动机构19，例如弹簧被提供用于使切割刃20′朝向膜17移动并穿过膜17。在DE10 2009 041 065 A1中描述了这种机构。如结合图12所解释的，弹簧19在设备1的储存期间处于张力下，并且一旦张力通过触发机构(未示出)释放，弹簧19就使切割设备朝向膜17移动，切割刃20′破坏膜17，并且第一隔室3和第二隔室4合并成单一反应室2。
在图13所示的实施方案中，氧源制剂7含有在第一隔室3中，并且离子液体制剂8含有在第二隔室4中。当膜17破坏时，氧源制剂7落入第二隔室4中，并且与离子液体制剂8混合。所生成的氧气通过膜15、16离开反应室2。
当然，也可以将离子液体制剂8放入第一隔室3中，并且将氧源制剂7放入第二隔室4中。
作为切割设备20的材料，可使用可切割膜17的任何材料，例如金属片。第一隔室3和第二隔室4可由与图12所示的单个反应室2相同的材料形成。
用于生成氧气的本发明设备1的另一个实施方案在图14中示出。在图14的实施方案中，反应室2配备有注射设备21，例如注射器或另一个定量设备。
反应室2和注射设备21相连接，或构成单独的单元，所述单独的单元可相连接形成单一单元。反应室2的壁中的开口或若干个开口允许在过氧化物分解反应期间生成的氧气离开反应室2。在所示的实施方案中，开口由透气膜16密封。在图14所示的实施方案中，开口设置在反应室2和注射设备21的接合点处。
图14的示例性注射设备包括滑杆22、长钉23和注射喷枪24。注射设备适于保持氧源制剂7或离子液体制剂8，在所示实例中为离子液体制剂8。离子液体制剂8含有在接受器5中，所述接受器5由容易破裂的材料制成，例如塑料箔。氧源制剂7含有在反应室2中。
滑杆22可以与图12中的打破设备18和图13中的切割设备20类似的方式致动。一旦被致动，滑杆22就将接受器5推向长钉23，接受器5破裂，并且离子液体制剂8通过注射喷枪24注入反应室2中。优选地，为了提供离子液体制剂8的均匀分布，注射喷枪24设置有若干个孔(未示出)。离子液体制剂8浸泡氧源制剂7，并且过氧化物分解反应开始，从而生成氧气。氧气通过膜16离开反应室2。
类似于上述实施方案，氧源制剂7和离子液体制剂8的布置可不同于图14所示的布置。具体地，如果不是液体，而是固体物质含有在注射设备或定量单元21中，则不需要接受器5，并且也不需要用于破坏接受器的装置(诸如长钉23)和喷枪设备。
图15示出用于生成氧气的设备1的实施方案，其类似于图12所示的实施方案。不同于图12的实施方案，图15的用于生成氧气的设备含有在环绕并保护反应室2的容器10中。在这种情况下，所生成的氧气不直接释放到环境中，而是进入透气膜16与容器10的上壁之间的气体空间11中。氧气通过气体出口12离开气体空间11，所述气体出口12可例如设置有过滤器。
如图15所示的设备1通常不需要任何进一步的绝热。而实际上，容器10提供足够的绝缘。如果需要，可在反应室2的外壁与容器10的内壁之间放置绝缘材料的薄层(例如，具有约1至3mm的厚度)。这种绝热材料还可以用于将反应室2紧紧地固定在容器10内适当位置的附加目的。在膜16与和膜16相对的容器壁之间，即在气体空间11中，不应提供绝缘材料。
将反应室容纳在容器内在具有多于一个反应室的用于生成氧气的设备(例如两个反应室或多个或许多反应室2)中是特别有利的。具有八个反应室2的实施方案在图16中示出。
在图16所示的用于生成氧气的设备中，示意性地示出反应室2。通常，反应室2的构造不受任何方式限制。例如，可使用如图12至图14所示的反应室。此外，反应室的布置不限于图16所示的布置。而实际上，反应室可以任何适当的方式布置在容器10内。
反应室2内的氧气生成在启动反应室2时引发。在图16所示的实施方案中，所有反应室2通过被设计用于将板18推向反应室2的常见启动机构(诸如弹簧)来同时启动，如结合图12所描述的。可替代地，每个反应室可单独启动，即可具有它自己的启动机构，或若干个反应室可成组布置，每个组都具有它自己的启动机构。例如，在图16的实施方案中，八个反应室可布置成两组，每组四个室，每个组具有它自己的启动机构。
容器10提供从所有反应室2接收氧气的气体空间11，并且在气体空间11内收集的氧气通过气体出口12离开气体空间11。可替代地，气体空间11可被分成多个隔室。具有它自己的气体出口的单独隔室可归因于每个反应室2，或一个隔室可为一组反应室2提供共同的气体空间。例如，容器10可提供两个气体空间11，并且每个气体空间11可从四个反应室2收集氧气。
具有若干个反应室2的用于生成氧气的设备允许将氧气生成延长在长时间段内。如上所述，分解反应的开始时间点可通过以下方式来操纵：选择适当的活性离子液体，并且具体地通过使过氧化氢加合物化合物的可接近表面积最小化或最大化，例如通过将过氧化物化合物碾磨为细粉末或将过氧化物压制成粉末压块。压实压力越高，所得粉末压块的密度将会越高，因此使过氧化物化合物的可接近表面积最小化。
在如图16所示的设备中，8个反应室2中的每一个可装有用于生成氧气的不同组合物。例如，四个室可装有实施例2中所使用的组合物，所述组合物在四个不同的时间点产生氧气，在氧源和活性离子液体混合之后15秒已可获得第一次氧气冲洗，并且在氧源和活性离子液体混合之后约三分钟可获得最后一次氧气冲洗。
剩余的四个反应室可装有提供最后一次氧气冲洗(混合之后三分钟)的相同组合物，然而，在已压制成粉末压块的氧源制剂的情况下，压实压力逐室增加。在这些室中，与混合之后三分钟提供氧气冲洗的室相比，分解反应的开始将进一步延迟，所述延迟随着压实压力的增加而增加。这一措施进一步延长了可得可吸入氧气的时间跨度。
以下实施例9和10示出来自具有九个反应室的用于生成氧气的设备的氧气析出(实施例9)，以及来自具有11个反应室的用于生成氧气的设备的氧气析出以及11个反应室的温度曲线(实施例10)。
实施例9
将表9中列出的离子液体制剂装入具有9个反应室的用于生成氧气的设备的反应室中。然后，每个室装有呈粒料形式的10g脲过氧化氢加合物。
在第一反应室中在将UHP粒料装入反应室之后几秒开始氧气析出。约半分钟之后，在所述第一反应室中完成分解反应，并氧气析出停止。两分钟之后，在第二反应室中开始氧气析出，并且同样在约半分钟内完成分解反应，但在氧气析出完全停止之前，过氧化物分解反应在第三室中开始。剩余室继续，分解反应开始的延迟对于每种氧气生成组合物是特征性的。因此，所释放氧气体积逐步增加(图17)。
表9：9个单反应器的制剂。
实施例10
将下表10中列出的离子液体制剂装入具有11个反应室的用于生成氧气的设备的各个反应室中。另外，将呈粒料形式的1g脲过氧化氢加合物装入每个反应室中。利用鼓式气量计测量所生成的氧气，并且利用设置在每个反应室中的热电偶(K型)来测量每个反应室中的温度。结果在图18和图19中示出。
表10：所有11个反应室的IL制剂
图18显示由11个反应室单独地提供的氧气流速和生成的氧气体积相对于运行时间的曲线。类似于实施例9(图17)，每个反应室中所含有的组合物生成氧气持续短时间跨度，其中分解反应的开始时间点对于每种氧气生成组合物是特征性的。所生成的氧气总体积逐步增加。
图19示出11个单独的反应室中的每一个的温度曲线。图19证明，在所有反应室中，最高反应温度都不超过105℃。
再次回到图18，可以看出，可吸入氧气可得超过11分钟，然而，氧气生成不像所希望的那样持续。可通过提供如图5所示用于生成氧气的设备的具有小孔口或用于限制氧气流出气体空间11的任何其他装置的气体出口12来实现平稳的氧气生成。
在每个单独的反应室中，在短时间段内产生相对大量的氧气。在所述短时间段内，可获得比需要的更多的氧气。另一方面，在需要氧气时也存在不产生氧气的时间段。因此，氧气富足和氧气不足的阶段相互交替。限制氧气从气体空间11中流出提供了缓冲，所述缓冲储存过量氧气以用于氧气短缺时段，由此使得可在令人满意的长时间段内可得足够的氧气。
由于分解反应可缩放到不同的反应器尺寸，因此可容易地使用于生成氧气的设备装有足够量的氧气生成组合物，以提供希望的氧气流速。对于应急系统来说，这种希望的流速通常为至少每分钟41氧气。
用于生成氧气的设备可被设计为填充有用于生成氧气的组合物的一次性设备(用于单一使用)，或作为在使用之后可再装有用于生成氧气的另一组合物的可重复使用设备。在本发明的示例性实施方案中，氧源制剂和离子液体制剂以适于再装入用于生成氧气的设备的组分的形式，例如以可置换/相互可互换料筒的形式提供。料筒填充有氧源制剂或离子液体制剂。
与易于例如因摇荡而不稳定的氯酸盐蜡烛相比，根据本发明的用于生成氧气的设备对于氧气产生过程的干扰不敏感。摇荡根据本发明的用于产生氧气的设备增强了氧气源和活性离子液体的混合，因此促进了氧气生成反应。
此外，本发明设备可以这样的方式理解，其方式为使得用于生成氧气的设备在地球重力场中的取向是任意的。为此，必须在反应室2的壁中设置若干个氧气出口(由透气膜或允许氧气通过，同时阻挡非气态物质通过的其他结构密封)，并且开口必须以这样的方式布置，其方式为使得无论设备取向如何，总是存在一个不被离子液体覆盖的开口。

Claims (15)

1.一种用于生成氧气的方法，其包括
提供至少一种氧源，
提供至少一种离子液体，所述离子液体包含阳离子和阴离子，
其中所述氧源为过氧化物化合物，所述离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内处于液态，并且所述阴离子选自金属酸根阴离子，以及
使所述氧源和所述离子液体接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧源选自碱金属过碳酸盐、碱金属过硼酸盐、脲过氧化氢以及其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述氧源为Na2CO3 x 1.5H2O2、NaBO3 x 4H2O、NaBO3 x H2O、以及脲过氧化氢中的一种或多种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述阳离子选自由以下各项组成的组：杂环烃阳离子、铵和鏻阳离子，并且可具有至少一个取代基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述阳离子是对称或不对称二取代的，其中所述取代基可独立地选自具有1至18个碳原子的任选取代的烷基。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述金属酸根阴离子包括至少一种过渡金属和至少一种卤根离子和/或拟卤根离子。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述过渡金属选自铁和铜。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述卤根选自由以下各项组成的组：氯离子、溴离子和碘离子，并且/或者所述拟卤根选自由以下各项组成的组：氰根、异氰根、硫氰酸根和异硫氰酸根。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述离子液体具有通式zC+MXy z-，其中C表示一价阳离子，M选自由以下各项组成的组：Fe2+、Fe3+和Cu+，并且
当M是Fe3+时，y＝4并且z＝1，
当M是Fe2+时，y＝4并且z＝2，并且
当M是Cu+时，y＝2并且z＝1。
10.根据权利要求9所述的方法，其中C表示N，N′-二取代咪唑鎓阳离子，其中所述取代基可独立地选自由以下各项组成的组：甲基、羟烷基、羟乙基、丁基、己基和辛基。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述组合物包含至少一种不具有金属酸根阴离子的离子液体。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述氧源的存在量为所述组合物的1重量％至99重量％，并且所述离子液体的存在量为所述组合物的99重量％至1重量％。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述氧源呈粉末的形式或呈至少一种粉末压块的形式。
14.包含阳离子和阴离子的离子液体作为过氧化物化合物的分解反应的引发剂，并且作为用于耗散反应热的散热剂的用途，其中所述阴离子选自金属酸根阴离子。
15.根据权利要求14所述的用途，其中所述离子液体为如权利要求4至11中任一项所述的离子液体，并且所述氧源为如权利要求2或3所述的过氧化氢加合物化合物。
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