CN1712348A - 能产生氧气的组合物 - Google Patents

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Abstract

在此公开的是一种能产生氧气的组合物。一种能产生氧气的组合物，其含有20～90wt％的超氧化钾及10～ 80wt％的一种能使超氧化钾的反应性及氧化能力稳定化的材料。以及一种能产生氧气的组合物，其含有20～90wt％的过氧化钠及10～80wt％的一种能使过氧化钠的反应性及氧化能力稳定化的材料。因为根据本发明的能产生氧气的组合物与纯超氧化钾比较具有很高的加压强度，它们可被制成能安装在诸如空调器、空气清洁器等器具之上的平片状过滤器。

Description

能产生氧气的组合物
发明领域
本发明涉及含有碱金属超氧化物或过氧化物的能产生氧气的组合物。
发明背景
通常，能产生氧气的化合物在诸如潜水艇等的密闭区域的氧气供应系统不能正常运行时或在舱内压力下降的危急状态下用于对机上乘客供氧。除了这些应用之外，能产生氧气的化合物被用于诸如供氧设备等的个人便携式设备以供消防员及矿工在危急状态下使用。
一些能产生氧气的化合物如碱金属的氯酸盐及高氯酸盐，包括高氯酸锂、氯酸锂、高氯酸钠、氯酸钠、高氯酸钾、氯酸钾等。这些氯酸盐或高氯酸盐在用电子技术或化学技术加热分解时产生盐与氧气。
而且，过氧化物与超氧化物可被用作产生氧气的化合物。过氧化物的示例包括过氧化钠、过氧化钾、过氧化钙和过氧化锂；超氧化物的示例包括超氧化钠及超氧化钾。
在上述的能产生氧气的化合物中，超氧化钾与过氧化钠被用作空气复活化材料，因为它们能够固定空气中的二氧化碳，并释放氧气，反应如下式1-4所示：
反应1
反应2
反应3
反应4
已在本领域被公知的是，碱石灰是氢氧化钙与氢氧化钠的混合物，它与氢氧化锂已被广泛地作为能够去除空气中的二氧化碳的空气纯化剂应用。然而，因为这些空气纯化剂不能产生氧气，它们的空气净化效率比不上过氧化钠和超氧化钾。
因此，与二氧化碳吸收物的用途相比较，具有良好的氧气产生能力的过氧化钠及超氧化钾被优先用于自控式呼吸器械中。例如，美国专利第4490274号公开了一种含有过氧化钠、超氧化钾、氢氧化铝、二氧化锰(MnO2)及铝粉的能产生氧气的组合物。该组合物甚至在低温下也能稳定产生氧气，而且以一个稳定的水平维持产生的氧气的湿度。
虽然美国专利第4490274号公开的组合物含有过氧化钠及超氧化钾，在其他的一些相关技术中超氧化钾因为其高的稳定性及氧气产生效能被优先作为空气复活化材料使用。
然而，在超氧化钾产生氧气的过程中发出过量的热，引起超氧化钾微粒的熔化。超氧化钾也存在其他问题，就是氧气开始产生前所需的时间长，以及它具有强的氧化能力与腐蚀性；因此不适合实施实用性用途。
因此，以添加小量添加剂为例的无数的技术方案已经被提出，以找到一个合适的解决上述问题的办法。美国专利第4113646号试图解决超氧化钾的熔化问题及进一步改进其氧气产生能力，其中添加了无水硫酸钙、二氧化硅、氧化锂、硼酸锂及其相似物。
美国专利第4238464号公开了一种能减轻超氧化钾熔化的组合物，其包含一种至少由锆、钛及硼元素中的一个元素形成的盐和超氧化钾。
另外，在装满超氧化钾的床座内，超氧化钾严重熔化使流经床座上的空气的压力剧降。美国专利第4490272号公开了以添加2-30wt％的一种如CaO等的碱土金属氧化物的方法，来妥善解决热熔化致气压下降的问题。
为了解决操作起始阶段氧气产生缓慢的问题，美国专利第5690099号叙述了一种在装载超氧化钾的床座的一边安置一个湿润激活焦炭床的器具。
操作起始阶段氧气产生缓慢的问题可以通过向超氧化钾微粒添加小量催化剂的方法避免。例如德国专利第320810号提议将二氧化锰(MnO2)作为催化剂。而且美国专利第4731197号报告了以在超氧化钾微粒表面添加氯氧化铜来解决氧气发生延迟的问题及稳定维持氧气产生率的方法。
根据已有技术，许多将超氧化钾作为空气纯化剂应用时出现的技术难题，例如超氧化钾因为在氧气产生过程中释放大量热量导致超氧化钾熔化以及在操作起始阶段氧气产生延迟，可以被克服。但是能减轻超氧化钾的强氧化能力、腐蚀性及过度反应能力的技术却未被提出。
再之，这类强氧化能力、腐蚀性及过度反应能力的问题对过氧化钠也同样存在，是能产生氧气的化合物被用于家庭物品的障碍。尽管过氧化钠及超氧化钾用于去除室内的如二氧化碳、SOx、NOx等气体的空气污染物是明显有用的，去除过氧化钠及超氧化钾的如强氧化能力、腐蚀性及过度反应能力等的危险因子以使它们能被用于诸如空调器滤网等的家用物品上也是需要的。
除了降低腐蚀性及反应性之外，还需要改善超氧化钾与过氧化钠的可加工性。超氧化钾和过氧化钠是固体的无机物，很难被加工成相对精细的如颗粒状的简单形状。这是因为除了粉末挤压法之外没有特别的加工方法。
而且，能够与超氧化钾及过氧化钠两者相混合的结合剂十分有限，因为超氧化钾与过氧化钠均是强氧化剂。必须克服这些限制，以获得诸如平片滤膜状等的不同形状的超氧化钾与过氧化钠。综上所述，在日常生活应用中需要一些能够降低及稳定化超氧化钾与过氧化钠的腐蚀性与反应性并改善这些化合物可加工性的组合物。
发明详述：
因此本发明针对上述问题而产生，本发明的第一目标是提供一个能够降低超氧化钾和过氧化钠的氧化能力及反应性的高度稳定的能产生氧气的组合物。
本发明的第二目标是提供一个能吸收二氧化碳的能产生氧气的组合物。
本发明的第三目标是提供一个其可加工性得以改善的能够被加工成各种形状的能产生氧气的组合物。
本发明的第四目标是提供一个具有很高的起始二氧化碳吸收率的能产生氧气的组合物。
所述目标及其他目标通过含有超氧化钾或过氧化钠，一种稳定超氧化钾或过氧化钠的反应性及氧化能力的材料，以及可选的从一氧化碳氧化催化剂、一种改善组合物的成型性及可加工性的材料及一种可增加二氧化碳起始吸收率的材料中至少选择一种的材料的能产生氧气的组合物而获得。
所述稳定超氧化钾或过氧化钠的反应性及氧化能力的材料是从碱土金属氢氧化物及无机填充剂中至少选择一种的物质。
碱土金属氢氧化物的示例包括氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化铝(Al(OH)3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化钡(Ba(OH)2)等。无机填充剂的示例包括碳酸钙(CaCO3)、滑石、粘土等。
所述一氧化碳氧化催化剂是从氧化铜(CuO)、一氧化锰(MnO)及其混合物(hopcalite，一氧化碳消灭剂)中至少选择一种的物质。
所述改善能产生氧气的组合物的成型性及可加工性的材料是从诸如玻璃粉末、玻璃纤维、陶瓷纤维、钢绒线、皂土、高岭土、硅酸钠及硅酸钾等的无机结合剂中至少选择一类物质。
所述可增加二氧化碳起始吸收率的材料是从氢氧化钠、氢氧化锂及氢氧化钾中至少选择一种的碱。
本发明的能产生氧气的组合物具有被稳定化的氧化能力及反应性，因此用于家居物品时足够安全。
再之，因为本发明的能产生氧气的组合物包含一种结合剂，它们与经典的超氧化钾组合物相比较具有更高的加压强度，能够被加工成不同的形状。
而且，因为本发明的能产生氧气的组合物包含一种一氧化碳氧化催化剂，它们与纯的超氧化钾或过氧化钠比较具有以很高的速度吸收空气中的一氧化碳的能力。
附图说明：
本发明的上述目标及其他目标、特征及其他的优点通过下列与附图相对应的详细说明将会被更清楚地理解，其中：
图1示包含超氧化钾的能产生氧气的组合物与纯超氧化钾及过氧化钠的二氧化碳吸收率的对比，为经时变化图；
图2示包含过氧化钠的能产生氧气的组合物与纯过氧化钠的二氧化碳吸收率的对比，为经时变化图；
图3示包含超氧化钾及一氧化碳消灭剂的能产生氧气的组合物与纯超氧化钾的二氧化碳吸收率的对比，为经时变化图；
图4示包含过氧化钠及一氧化碳消灭剂的能产生氧气的组合物与纯过氧化钠的二氧化碳吸收率的对比，为经时变化图；
图5示包含氢氧化钠的能产生氧气的组合物与纯超氧化钾的二氧化碳吸收率的对比，为经时变化图。
实施方式
在本节中，实施本发明的最佳模式将被详尽叙述，涉及的能产生氧气的组合物以下面的实施例被描述。
本发明的能产生氧气的组合物包含20～90wt％的超氧化钾或过氧化钠，及10～80wt％的一种用以稳定超氧化钾或过氧化钠的碱土金属氢氧化物或无机填充剂。优先的情况是：碱土金属氢氧化物或无机填充剂的量是40～70wt％。
金属氢氧化物的示例包括氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化铝(Al(OH)3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化钡(Ba(OH)2)及类似物。这些金属氢氧化物或无机填充剂可以单独使用或联合使用。
当本发明的能产生氧气的组合物试图氧化或吸收一氧化碳时，氧化铜(CuO)、一氧化锰(MnO)及其混合物(hopcalite，一氧化碳消灭剂)作为催化剂被添加，其量是组合物总重的0.01～5wt％，优选1～3％。
为了提高该能产生氧气的组合物的成型性及可加工性，一种结合剂被添加，其量是组合物总重的0.01～10wt％，优选2～7％。当组合物以粉末的形式使用，且因此不必要进行成型或加工时，组合物中的结合剂可以被省略。
可以用于本发明中的结合剂的示例包括玻璃粉末、玻璃纤维、陶瓷纤维、钢绒线、皂土、高岭土、硅酸钠及硅酸钾。这些结合剂可以被单独使用或与联合使用。
当本发明的能产生氧气的组合物试图增加起始二氧化碳吸收率时，从氢氧化钠(NaOH)、氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钾(KOH)中至少选择一个的物质被添加，其量是组合物总重的0.01～10wt％。
本发明的组合物中起到稳定化反应性与氧化能力的材料的使用是不可缺少的，而且诸如一氧化碳氧化催化剂、结合剂与用于增加起始二氧化碳吸收率的碱等的其他添加剂的使用是可选的，依预期用途而定。
所有的在本发明中使用的材料为化学纯(CP)级别，它们在使用前被置于氮气环境下的干燥器进行48小时干燥。各成分在氮气环境下置于一个手套盒子中混合，尽量混匀。混合物以冲模在10吨的压力下受压形成圆筒状微粒。
在下面的实施例中，能产生氧气的组合物的反应性及一氧化碳去除表现，与其微粒的强度被进行检测。
实施例1
使用制粒机将下面所述的能产生氧气的组合物制造出直径为1.0cm高度为1.0cm的微粒。此时的制造操作在干燥的条件下进行，以使潮湿的影响最小化。
样品A-1
超氧化钾(KO2)                    30.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)                70.00wt％
样品A-2
超氧化钾(KO2)                    35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)                60.00wt％
一氧化碳消灭剂                     2.00wt％
硅酸钠                             3.00wt％
样品A-3
超氧化钾(KO2)                    35.00wt％
氢氧化铝(Al(OH)3)                60.00wt％
一氧化碳消灭剂                     2.00wt％
硅酸钠                             3.00wt％
样品A-4
超氧化钾(KO2)                    35.00wt％
氢氧化镁(Mg(OH)2)                60.00wt％
一氧化碳消灭剂                     2.00wt％
硅酸钠                       3.00wt％
样品A-5
超氧化钾(KO2)              35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)          60.00wt％
一氧化碳消灭剂               2.00wt％
玻璃纤维                     3.00wt％
样品A-6
超氧化钾(KO2)              35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)          60.00wt％
一氧化碳消灭剂               2.00wt％
皂土                         3.00wt％
样品A-7
超氧化钾(KO2)              35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)          60.00wt％
一氧化碳消灭剂               2.00wt％
高岭土                       3.00wt％
样品B-1
过氧化钠(Na2O2)          30.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)         70.00wt％
样品B-2
过氧化钠(Na2O2)          35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)          60.00wt％
一氧化碳消灭剂               2.00wt％
硅酸钠                       3.00wt％
样品B-3
过氧化钠(Na2O2)         35.00wt％
氢氧化铝(Al(OH)3)         60.00wt％
一氧化碳消灭剂              2.00wt％
硅酸钠                      3.00wt％
样品B-4
过氧化钠(Na2O2)         35.00wt％
氢氧化镁(Mg(OH)2)         60.00wt％
一氧化碳消灭剂              2.00wt％
硅酸钠                      3.00wt％
样品B-5
过氧化钠(Na2O2)         35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)         60.00wt％
一氧化碳消灭剂              2.00wt％
玻璃纤维                    3.00wt％
样品B-6
过氧化钠(Na2O2)         35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)         60.00wt％
一氧化碳消灭剂              2.00wt％
皂土                        3.00wt％
样品B-7
过氧化钠(Na2O2)         35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)         60.00wt％
一氧化碳消灭剂              2.00wt％
高岭土                      3.00wt％
实施例2
在此实施例中，为了检测实施例1中所述的能产生氧气的组合物的反应性，取每一种组合物各10克与5克棉花放入玻璃反应器中，然后将玻璃反应器以1℃/分的速度升温，以测定燃火温度。反应器的起始温度是25℃，每一种组合物进行10次检测。计算平均燃火温度，结果如下列表1及表2所示。
表1  基于超氧化钾的能产生氧气的组合物的反应性
  样品号   燃火温度(℃)   用于稳定化反应力的材料
  A-1   245   Ca(OH)2 70wt％
  A-2   231   Ca(OH)2 60wt％
  A-3   325   Al(OH)3 60wt％
  A-4   278   Mg(OH)2 60wt％
  A-5   228   Ca(OH)2 60wt％
  A-6   245   Ca(OH)2 60wt％
  A-7   262   Ca(OH)2 60wt％
  纯KO2   28   -
表2  基于过氧化钠的能产生氧气的组合物的反应性
  样品号   燃火温度(℃)   用于稳定化反应力的材料
  B-1   277   Ca(OH)2 70wt％
  B-2   265   Ca(OH)2 60wt％
  B-3   355   Al(OH)3 60wt％
  B-4   305   Mg(OH)2 60wt％
  B-5   253   Ca(OH)2 60wt％
  B-6   275   Ca(OH)2 60wt％
  B-7   277   Ca(OH)2 60wt％
  纯KO2   31   -
如表1、表2所显示的燃火实验的结果，纯超氧化钾在28℃时燃火，该温度与室温相近；纯过氧化钠在31℃燃火。与此相反，本发明中的被稳定化的样品在超过200℃温度下燃火，表明超氧化钾与过氧化钠的氧化力高度稳定。
实施例3
在本实施例中，为了检测能产生氧气的组合物的可加工性，对具有实施例1所述的微粒形状的能产生氧气的组合物的加压强度进行测量。
表3  含有不同种类的结合剂的能产生氧气的组合物的加压强度
  样品号   加压强度(kg/cm2)   结合剂
  A-1   2.3   -
  A-2   11.2   硅酸钠3.00wt％
  A-3   12.4   硅酸钠3.00wt％
  A-4   10.7   硅酸钠3.00wt％
  A-5   13.1   玻璃纤维3.00wt％
  A-6   12.8   皂土3.00wt％
  A-7   11.7   高岭土3.00wt％
  B-1   2.6   -
  B-2   10.4   硅酸钠3.00wt％
  B-3   9.4   硅酸钠3.00wt％
  B-4   9.3   硅酸钠3.00wt％
  B-5   11.2   玻璃纤维3.00wt％
  B-6   12.5   皂土3.00wt％
  B-7   12.3   高岭土3.00wt％
  纯KO2   1.1   -
  纯Na2O2   1.3   -
根据表3所示的实验结果，含有不同结合剂的能产生氧气的组合物的加压强度比不含有结合剂的能产生氧气的组合物的加压强度高。
这些结果说明含结合剂的组合物比纯的超氧化钾及过氧化钠更刚硬，因此可被塑型成各种形状。
实施例4
取如实施例1所述的能产生氧气的组合物每种各100克分别置入一个2升的烧杯，然后在烧杯中充满含有5000ppm二氧化碳的氮气。记录二氧化碳浓度的经时变化。
图1示基于超氧化钾的能发生氧气的组合物的二氧化碳吸收结果。根据图1，含氢氧化铝的A3组合物及含氢氧化镁的A4组合物的二氧化碳吸收率较含氢氧化钙的组合物的吸收率显著低下。图2示基于过氧化钠的能发生氧气的组合物的二氧化碳吸收结果。根据图2，在基于过氧化钠的能发生氧气的组合物中，含氢氧化铝或氢氧化镁的组合物的二氧化碳吸收率较含氢氧化钙的组合物的吸收率显著低下。
实施例5
取如实施例1所述的能产生氧气的组合物每种各1000克分别置入一个2升的烧杯，然后在烧杯中充满含有5000ppm一氧化碳的氮气。记录一氧化碳浓度的经时变化。
图3示含有超氧化钾的能发生氧气的组合物的一氧化碳吸收结果。根据图3，不含一氧化碳消灭剂的纯超氧化钾、由超氧化钾及氢氧化钙组成的能发生氧气的组合物的一氧化碳吸收率很低。图4示含有过氧化钠的能发生氧气的组合物的一氧化碳吸收结果。根据图4，与含有超氧化钾的能发生氧气的组合物的结果类似，不含一氧化碳消灭剂的能发生氧气的组合物的一氧化碳吸收率很低。
实施例6
包含氢氧化钠的能发生氧气的组合物的制备程序与实施例1所述相同。
样品C-1
超氧化钾(KO2)            35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)        55.00wt％
一氧化碳消灭剂             2.00wt％
硅酸钠                     3.00wt％
氢氧化钠                   5.00wt％
样品C-2
过氧化钠(Na2O2)        35.00wt％
氢氧化钙(Ca(OH)2)        55.00wt％
一氧化碳消灭剂             2.00wt％
硅酸钠                     3.00wt％
氢氧化钠                      5.00wt％
实施例7
取如实施例6所述的能产生氧气的组合物(样品号C-1及C-2)、纯超氧化钾、纯过氧化钠，每种各1000克分别置入一个2升的烧杯，然后在烧杯中充满含有5000ppm二氧化碳的氮气。记录二氧化碳浓度的经时变化。
结果如图5示。与纯超氧化钾及纯过氧化钠相比，含氢氧化钠的能产生氧气的组合物显示出很高的二氧化碳吸收率。这表明添加氢氧化钠增加了组合物的如起始二氧化碳吸收率等的起始反应速度。
工业上的适用性
从上述内容可以明显导出，因为本发明的能产生氧气的组合物具有吸收二氧化碳、一氧化碳、SOx及NOx并将其转换成氧气的功能。它们可被广泛地作为各种空气纯化剂使用。具体地说，因为根据本发明的能产生氧气的组合物与纯超氧化钾比较具有很高的加压强度，它们可被制成能安装在诸如空调器、空气清洁器等器具之上的平片状过滤器。因此根据本发明的能产生氧气的组合物具有工业的可用性。
前述的实施例并不是对本发明进行限定。需要说明的是，各种变更或更改只要不超出本发明的权利要求所披露的范围及主旨，均可以作出。

Claims (13)

1、一种能产生氧气的组合物，其含有20～90wt％的超氧化钾及10～80wt％的一种能使超氧化钾的反应性及氧化能力稳定化的材料。
2、一种能产生氧气的组合物，其含有20～90wt％的过氧化钠及10～80wt％的一种能使过氧化钠的反应性及氧化能力稳定化的材料。
3、根据权利要求1或2所述的能产生氧气的组合物，其中使反应性及氧化能力稳定化的材料是从氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化铝(Al(OH)3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化钡(Ba(OH)2)、碳酸钙(CaCO3)、滑石、粘土中至少选择一种。
4、一种能产生氧气的组合物，其含有95～99.99wt％的根据权利要求1或2所述的能产生氧气的组合物，及0.01～5wt％的一种一氧化碳氧化催化剂。
5、根据权利要求4所述的能产生氧气的组合物，其中的一氧化碳氧化催化剂是从氧化铜(CuO)、一氧化锰(MnO)及其混合物(hopcalite，一氧化碳消灭剂)中至少选择一种。
6、一种能产生氧气的组合物，其含有90～99.99wt％的根据权利要求1或2所述的能产生氧气的组合物，及0.01～10wt％的一种能改善组合物的成型性及可加工性的材料。
7、根据权利要求6所述的能产生氧气的组合物，其中的能改善成型性及可加工性的材料选择自玻璃粉末、玻璃纤维、陶瓷纤维、钢绒线、皂土、高岭土、硅酸钠及硅酸钾中的至少一类。
8、一种能产生氧气的组合物，其含有90～99.99wt％的根据权利要求1或2所述的能产生氧气的组合物，及0.01～10wt％的一种可增加二氧化碳起始吸收率的碱。
9、根据权利要求8所述的能产生氧气的组合物，其中的碱从氢氧化钠、氢氧化锂及氢氧化钾中至少选择一种。
10、一种能产生氧气的组合物，其含有85～99.98wt％的根据权利要求1或2所述的能产生氧气的组合物、0.01～5wt％的一种一氧化碳氧化催化剂、及0.01～10wt％的一种能改善组合物的成型性及可加工性的材料。
11、一种能产生氧气的组合物，其含有80～99.98wt％的根据权利要求1或2所述的能产生氧气的组合物、0.01～10wt％的一种能改善组合物的成型性及可加工性的材料、及0.01～10wt％的一种可增加二氧化碳起始吸收率的碱。
12、一种能产生氧气的组合物，其含有85～99.98wt％的的根据权利要求1或2所述的能产生氧气的组合物、0.01～5wt％的一种一氧化碳氧化催化剂、及0.01～10wt％的一种可增加二氧化碳起始吸收率的碱。
13、一种能产生氧气的组合物，其含有75～99.97wt％的根据权利要求1或2所述的能产生氧气的组合物、0.01～5wt％的一种一氧化碳氧化催化剂、0.01～10wt％的一种能使组合物的反应性及氧化能力稳定化的材料、及0.01～10wt％的一种可增加二氧化碳起始吸收率的碱。
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