DE102021127788A1

DE102021127788A1 - Composition for generating oxygen

Info

Publication number: DE102021127788A1
Application number: DE102021127788.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander Imhof; Fritz Kühn
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen; Diehl Aviation Gilching GmbH
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen; Diehl Aviation Gilching GmbH
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2023-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Erzeugung von Sauerstoff, umfassend die folgenden Bestandteile oder bestehend aus den folgenden Bestandteilen:- eine Sauerstoffquelle,- ein Lösungsmittel, und- mindestens ein metallhaltiger Katalysator, wobei die Zusammensetzung zusätzlich mindestens ein Antischaummittel umfasst.The invention relates to a composition for generating oxygen, comprising the following components or consisting of the following components: - an oxygen source, - a solvent, and - at least one metal-containing catalyst, the composition additionally comprising at least one antifoaming agent.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Erzeugung von, insbesondere atembarem, Sauerstoff, einen Sauerstoffgenerator, ein Verfahren zur Erzeugung von, insbesondere atembarem, Sauerstoff und eine Verwendung der Zusammensetzung. Die Zusammensetzung umfasst eine Sauerstoffquelle, ein Lösungsmittel und, sofern das Lösungsmittel nicht bereits ein als Katalysator dienendes metallhaltiges Anion umfasst, einen metallhaltigen Katalysator.The present invention relates to a composition for generating, especially breathable, oxygen, an oxygen generator, a method for generating, especially breathable, oxygen and a use of the composition. The composition comprises an oxygen source, a solvent, and, unless the solvent already comprises a metal-containing anion catalyst, a metal-containing catalyst.

Der Mensch kann ohne Sauerstoff nicht existieren. In vielen Umgebungen ist die Sauerstoffversorgung jedoch unzureichend oder es besteht die Gefahr von Notfallsituationen mit Sauerstoffmangel. Um atembaren Sauerstoff zu erzeugen, können verschiedene Arten chemischer Sauerstoffgeneratoren eingesetzt werden. Ein Typ eines solchen chemischen Sauerstoffgenerators verwendet Peroxide als Sauerstoffquelle, zum Beispiel Natriumpercarbonat, Natriumperborat oder ein Harnstoffaddukt von Wasserstoffperoxid. Die Zersetzung der Peroxide ergibt Sauerstoff, und die Zersetzungsreaktion kann durch Inkontaktbringen der Peroxidverbindungen mit einem geeigneten Enzym oder Übergangsmetallkatalysator gestartet werden. Chemische Sauerstoffgeneratoren dieser Art sind in US 2 035 896 A , WO 86/02063 A1 , JP S61227903 A und DE 196 02 149 A1 offenbart.Man cannot exist without oxygen. However, in many environments the oxygen supply is insufficient or at risk of oxygen deprivation emergency situations. Various types of chemical oxygen generators can be used to produce breathable oxygen. One type of such chemical oxygen generator uses peroxides as the oxygen source, for example sodium percarbonate, sodium perborate or a urea adduct of hydrogen peroxide. Decomposition of the peroxides yields oxygen and the decomposition reaction can be initiated by contacting the peroxide compounds with a suitable enzyme or transition metal catalyst. Chemical oxygen generators of this type are in U.S. 2,035,896 A , WO 86/02063 A1 , JP S61227903 A and DE 196 02 149 A1 disclosed.

US 2007/0231200 A1 offenbart ein Verfahren zur Behandlung eines Instruments nach Verunreinigung einer Oberfläche desselben, umfassend die Schritte: Bedecken der Oberfläche mit einem Schaum, der Wasserstoffperoxid enthält; anschließendes Verringern des Volumens des Schaums durch Auftragen eines Entschäumungsmittels auf den Schaum und Deaktivieren des Wasserstoffperoxids durch Auftragen eines Neutralisierungsmittels für Wasserstoffperoxid. Das Entschäumungsmittel kann eine Silikonemulsion oder ein Siloxanpolymer sein. Das Neutralisationsmittel umfasst einen Katalysator zur Zersetzung von Wasserstoffperoxid, wie beispielsweise Katalase, ein Kobaltsalz, ein lodidsalz, ein Titansalz, ein Cersalz oder ein Permanganatsalz. U.S. 2007/0231200 A1 discloses a method of treating an instrument after contamination of a surface thereof, comprising the steps of: covering the surface with a foam containing hydrogen peroxide; then reducing the volume of the foam by applying a defoaming agent to the foam; and deactivating the hydrogen peroxide by applying a hydrogen peroxide neutralizing agent. The defoamer can be a silicone emulsion or a siloxane polymer. The neutralizing agent includes a catalyst for decomposing hydrogen peroxide, such as catalase, a cobalt salt, an iodide salt, a titanium salt, a cerium salt, or a permanganate salt.

Aus der EP 3 323 782 A1 sind ionische Flüssigkeiten bekannt, die als Lösungsmittel in einer sauerstofferzeugenden Zusammensetzung verwendet werden. Die Zusammensetzung umfasst mindestens eine Sauerstoffquelle, mindestens eine ionische Flüssigkeit und mindestens eine Metalloxidverbindung, wobei die Sauerstoffquelle eine Peroxidverbindung umfasst und die ionische Flüssigkeit zumindest in einem Temperaturbereich von -10°C bis +50°C im flüssigen Zustand vorliegt. Die Metalloxidverbindung ist ein Oxid eines einzelnen Metalls oder von zwei oder mehr verschiedenen Metallen, wobei das/die Metall(e) aus den Metallen der Gruppen 2 bis 14 des Periodensystems der Elemente ausgewählt ist/sind.From the EP 3 323 782 A1 ionic liquids are known which are used as solvents in an oxygen generating composition. The composition comprises at least one oxygen source, at least one ionic liquid and at least one metal oxide compound, wherein the oxygen source comprises a peroxide compound and the ionic liquid is in the liquid state at least in a temperature range from -10°C to +50°C. The metal oxide compound is an oxide of a single metal or two or more different metals, where the metal(s) is/are selected from metals of Groups 2 to 14 of the Periodic Table of Elements.

EP 3 323 470 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff mit mindestens einer Reaktionskammer zur Aufnahme einer Zusammensetzung zur Erzeugung von Sauerstoff. Diese Zusammensetzung umfasst eine Peroxidverbindung als Sauerstoffquelle und eine Formulierung einer ionischen Flüssigkeit, die eine ionische Flüssigkeit mit einem Kation und einem Metallatanion umfasst. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung Mittel zum physikalischen Trennen und Mittel zum Herstellen des physikalischen Kontakts der Sauerstoffquelle und der Formulierung der ionischen Flüssigkeit sowie Mittel, die den Austritt von Sauerstoff aus der Reaktionskammer ermöglichen. EP 3 323 470 A1 discloses an oxygen generating apparatus having at least one reaction chamber for containing an oxygen generating composition. This composition comprises a peroxide compound as an oxygen source and an ionic liquid formulation comprising an ionic liquid having a cation and a metalate anion. Furthermore, the device comprises means for physically separating and means for establishing physical contact between the oxygen source and the formulation of the ionic liquid and means which allow oxygen to escape from the reaction chamber.

Aus der EP 3 604 212 B1 ist ein Sauerstoffgenerator bekannt, der eine Zusammensetzung zur Erzeugung von Sauerstoff und mindestens einen Tuner-Kompaktkörper mit einer Kern-Hülle-Struktur umfasst. Der Tuner-Kompaktkörper umfasst eine Verbindung, die aus einem Peroxid-Zersetzungskatalysator, einer sauren Verbindung oder einer basischen Verbindung ausgewählt ist. Die Zusammensetzung zur Erzeugung von Sauerstoff umfasst ein Peroxid als Sauerstoffquelle, eine ionische Flüssigkeit, eine Metalloxidverbindung und/oder ein Metallsalz als Zersetzungskatalysator und, wenn die ionische Flüssigkeit eine saure Flüssigkeit ist, eine basische Verbindung. Weiterhin ist aus der EP 3 604 212 B1 ein Verfahren zum Einstellen der Sauerstoffproduktionsrate der Zusammensetzung zur Erzeugung von Sauerstoff bekannt.From the EP 3 604 212 B1 discloses an oxygen generator comprising an oxygen generating composition and at least one tuner compact having a core-shell structure. The tuner package includes a compound selected from a peroxide decomposition catalyst, an acidic compound, or a basic compound. The oxygen generating composition comprises a peroxide as an oxygen source, an ionic liquid, a metal oxide compound and/or a metal salt as a decomposition catalyst, and when the ionic liquid is an acidic liquid, a basic compound. Furthermore, from the EP 3 604 212 B1 discloses a method of adjusting the oxygen production rate of the oxygen generating composition.

Die Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung zu lösen ist, besteht darin, eine alternative Zusammensetzung und einen alternativen Sauerstoffgenerator bereitzustellen. Weiterhin sollen ein Verfahren und eine Verwendung zur Erzeugung von Sauerstoff angegeben werden.The problem to be solved by the present invention is to provide an alternative composition and an alternative oxygen generator. Furthermore, a method and a use for generating oxygen are to be specified.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 19, 21 und 22 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 18 und 20.The object is solved by the features of patent claims 1, 19, 21 and 22. Developments of the invention result from the features of patent claims 2 to 18 and 20.

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Erzeugung von Sauerstoff, wobei die Zusammensetzung die folgenden Bestandteile umfasst oder daraus besteht: eine Sauerstoffquelle, ein Lösungsmittel und mindestens ein Antischaummittel. Bei dem Antischaummittel kann es sich um ein festes und/oder flüssiges Antischaummittel handeln. Die Zusammensetzung enthält auch mindestens einen metallhaltigen Katalysator, der ein Metallkation, ein Metalloxid oder ein Metallsalz umfasst, wobei das Vorhandensein dieses Katalysators in der Zusammensetzung optional ist, wenn das Lösungsmittel die ionische Flüssigkeit oder die wässrige Lösung der ionischen Flüssigkeit ist und die ionische Flüssigkeit bereits ein auf eine Zersetzung der Sauerstoffquelle katalytisch wirkendes metallhaltiges Anion umfasst.The invention relates to a composition for generating oxygen, the composition comprising or consisting of the following components: an oxygen source, a solvent and at least one antifoam agent. The antifoam agent can be a solid and/or liquid antifoam agent. The composition also contains at least one metal-containing catalyst comprising a metal cation, a metal oxide or a metal salt, the presence of this catalyst in the composition being optional when the solvent is the ionic liquid or the aqueous solution of the ionic liquid and the ionic liquid is already a metal-containing anion catalytically acting on a decomposition of the oxygen source.

Bei dem Sauerstoff kann es sich um atembaren Sauerstoff handeln, insbesondere für den Einsatz im Notfall. Dann ist z. B. eine Zusammensetzung, aus der Sauerstoff nur in Spuren oder als Gemisch mit anderen nicht atembaren Gasen erzeugt werden kann, keine Zusammensetzungen zur Erzeugung von atembarem Sauerstoff.The oxygen may be breathable oxygen, particularly for emergency use. Then z. B. A composition from which oxygen can be produced only in trace form or as a mixture with other non-breathable gases, no compositions for the production of breathable oxygen.

Bei der Sauerstoffquelle handelt es sich um ein Alkalimetallperoxid, ein Erdalkalimetallperoxid, ein Übergangsmetallperoxid, ein Alkalimetallchlorat, ein Alkalimetallchlorat-Hydrat, ein Alkalimetallperchlorat, ein Alkalimetallperchlorat-Hydrat, ein Erdalkalimetallchlorat, ein Erdalkalimetallchlorat-Hydrat, ein Erdalkalimetallperchlorat, ein Erdalkalimetallperchlorat-Hydrat oder eine Mischung aus mindestens zwei von einem Alkalimetallperoxid, einem Erdalkalimetallperoxid, einem Übergangsmetallperoxid, einem Alkalimetallchlorat, einem Alkalimetallchlorat-Hydrat, einem Alkalimetallperchlorat, einem Alkalimetallperchlorat-Hydrat, einem Erdalkalimetallchlorat, einem Erdalkalimetallchlorat-Hydrat, einem Erdalkalimetallperchlorat und einem Erdalkalimetallperchlorat-Hydrat.The oxygen source is an alkali metal peroxide, an alkaline earth metal peroxide, a transition metal peroxide, an alkali metal chlorate, an alkali metal chlorate hydrate, an alkali metal perchlorate, an alkali metal perchlorate hydrate, an alkaline earth metal chlorate, an alkaline earth metal chlorate hydrate, an alkaline earth metal perchlorate, an alkaline earth metal perchlorate hydrate, or a mixture at least two of an alkali metal peroxide, an alkaline earth metal peroxide, a transition metal peroxide, an alkali metal chlorate, an alkali metal chlorate hydrate, an alkali metal perchlorate, an alkali metal perchlorate hydrate, an alkaline earth metal chlorate, an alkaline earth metal chlorate hydrate, an alkaline earth metal perchlorate and an alkaline earth metal perchlorate hydrate.

Das Alkalimetallperoxid kann Li₂O₂ oder Na₂O₂ sein. Das Erdalkalimetallperoxid kann CaO₂, MgO₂ oder SrO₂ sein. Das Übergangsmetallperoxid kann NiO₂ oder ZnO₂ sein. Das Alkalimetallchlorat kann LiClO₃, NaClO₃ oder KClO₃ sein. Das Alkalimetallchlorat-Hydrat kann ein Hydrat von LiClO₃, NaClO₃ oder KClO₃ sein. Das Alkalimetallperchlorat kann LiClO₄ oder NaClO₄ sein. Das Alkalimetallperchlorat-Hydrat kann ein Hydrat von NaClO₄ sein. Das Erdalkalimetallchlorat kann Mg(ClO₃)₂ sein. Das Erdalkalimetallchlorat-Hydrat kann ein Hydrat von Mg(ClO₃)₂ sein. Das Erdalkalimetallperchlorat kann Mg(ClO₃)₂ sein. Das Erdalkalimetallperchlorat-Hydrat kann ein Hydrat von Mg(ClO₃)₂ sein. Diese Sauerstoffquellen liegen bei Raumtemperatur und in den für einen Notfallsauerstoffgenerator vorgesehenen Temperaturbereich als Feststoff vor, zeigen eine hervorragende Löslichkeit in wässrigen Systemen und eine gute Löslichkeit in ionischen Flüssigkeiten.The alkali metal peroxide can be Li ₂ O ₂ or Na ₂ O ₂ . The alkaline earth metal peroxide can be CaO ₂ , MgO ₂ or SrO ₂ . The transition metal peroxide can be NiO ₂ or ZnO ₂ . The alkali metal chlorate can be LiClO ₃ , NaClO ₃ or KClO ₃ . The alkali metal chlorate hydrate can be a hydrate of LiClO ₃ , NaClO ₃ or KClO ₃ . The alkali metal perchlorate can be LiClO ₄ or NaClO ₄ . The alkali metal perchlorate hydrate can be a hydrate of NaClO ₄ . The alkaline earth metal chlorate may be Mg(ClO ₃ ) ₂ . The alkaline earth metal chlorate hydrate may be a hydrate of Mg(ClO ₃ ) ₂ . The alkaline earth metal perchlorate may be Mg(ClO ₃ ) ₂ . The alkaline earth metal perchlorate hydrate may be a hydrate of Mg(ClO ₃ ) ₂ . These oxygen sources are solid at room temperature and in the temperature range intended for an emergency oxygen generator, exhibit excellent solubility in aqueous systems and good solubility in ionic liquids.

Das Lösungsmittel ist ein flüssiges Lösungsmittel. Bei dem Lösungsmittel handelt es sich um Wasser, eine wässrige Lösung einer Säure, eine wässrige Lösung einer Base, eine ionische Flüssigkeit oder eine wässrige Lösung einer ionischen Flüssigkeit. Die Säure kann eine anorganische Säure wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salzsäure oder Salpetersäure, eine organische Säure wie Ameisensäure, Essigsäure, Citronensäure, Chloressigsäure oder Benzoesäure, oder ein saures Salz wie Natriumhydrogensulfat oder Kaliumhydrogenphosphat sein. Die Base kann ein Hydroxid wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Calciumhydroxid, ein basisches Oxid wie Calciumoxid, oder ein basisches Salz wie Kaliumphosphat, Natriumacetat, Natriumpercarbonat oder Kaliumcarbonat sein. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein relativ hoher Wasseranteil des Lösungsmittels für die Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff von Vorteil ist. Die Erfinder haben ferner festgestellt, dass ein relativ hoher Wasseranteil zu einer relativ geringen Schaumbildung während der Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff führt. Um auch bei relativ tiefen Temperaturen eine zuverlässige Erzeugung von Sauerstoff bei relativ hohem Wasseranteil zu gewährleisten, kann die Zusammensetzung als zusätzlichen Bestandteil ein Frostschutzmittel enthalten. Bei dem Frostschutzmittel kann es sich um Ethylenglycol oder Propylenglycol handeln.The solvent is a liquid solvent. The solvent is water, an aqueous solution of an acid, an aqueous solution of a base, an ionic liquid or an aqueous solution of an ionic liquid. The acid may be an inorganic acid such as sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid or nitric acid, an organic acid such as formic acid, acetic acid, citric acid, chloroacetic acid or benzoic acid, or an acidic salt such as sodium hydrogen sulfate or potassium hydrogen phosphate. The base can be a hydroxide such as sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide, a basic oxide such as calcium oxide, or a basic salt such as potassium phosphate, sodium acetate, sodium percarbonate or potassium carbonate. The inventors have found that a relatively high proportion of water in the solvent is beneficial for the oxygen generation reaction. The inventors have further found that a relatively high proportion of water results in relatively little foaming during the oxygen generation reaction. In order to ensure reliable generation of oxygen with a relatively high water content even at relatively low temperatures, the composition can contain an antifreeze as an additional component. The antifreeze can be ethylene glycol or propylene glycol.

Die ionische Flüssigkeit besteht aus mindestens einem Kation, d. h. einer Art von Kationen, und mindestens einem Anion, d. h. einer Art von Anionen. Bei der ionischen Flüssigkeit handelt es sich nicht um eine Lösung eines Salzes in einem Lösungsmittel, wie z. B. Wasser, sondern um ein Salz, welches in flüssigem Zustand vorliegt. Das Kation kann ein N-monosubstituiertes oder ein N'-N-disubstituiertes Imidazolium-Ion, ein N-monosubstituiertes oder ein N-disubstituiertes Piperidinium-Ion, ein N-monosubstituiertes Pyrrolidinium-Ion, ein N-monosubstituiertes Ammonium-Ion oder ein Ethanolaminium-Ion sein. Das Anion kann ein Methylsulfat-Ion, ein Ethylsulfat-Ion, ein Butylsulfat-Ion, ein Dimethylphosphat-Ion, ein Diethylphosphat-Ion, ein Dibutylphosphat-Ion, ein Hydrogensulfat-lon, ein Dihydrogenphosphat-Ion, ein Nitrat-Ion, ein Tetrachloroferrat-Ion, ein Tetrafluoroborat-Ion, ein Hexafluorophosphat-Ion oder ein Bis(trifluormethan)sulfonimid-Ion sein.The ionic liquid consists of at least one cation, i. H. one type of cation, and at least one anion, d. H. some kind of anions. The ionic liquid is not a solution of a salt in a solvent such as e.g. B. water, but a salt, which is in the liquid state. The cation can be an N-monosubstituted or an N'-N-disubstituted imidazolium ion, an N-monosubstituted or an N-disubstituted piperidinium ion, an N-monosubstituted pyrrolidinium ion, an N-monosubstituted ammonium ion, or an ethanolaminium -be ion. The anion may be a methyl sulfate ion, an ethyl sulfate ion, a butyl sulfate ion, a dimethyl phosphate ion, a diethyl phosphate ion, a dibutyl phosphate ion, a hydrogen sulfate ion, a dihydrogen phosphate ion, a nitrate ion, a tetrachloroferrate ion, a tetrafluoroborate ion, a hexafluorophosphate ion or a bis(trifluoromethane)sulfonimide ion.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Substituent der N-monosubstituierten Ionen und mindestens ein Substituent der N'-N-disubstituierten oder N-disubstituierten Ionen unabhängig voneinander ausgewählt aus Methyl, Ethyl, Butyl, Hexyl oder Sulfobutyl. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine ionische Flüssigkeit, insbesondere eine ionische Flüssigkeit, die ein N-monosubstituiertes oder ein N'-N-disubstituiertes Imidazolium-Ion enthält, mit mindestens einem relativ kurzkettigen Alkylsubstituenten, insbesondere Methyl oder Ethyl, vorteilhaft ist. Die Erfinder vermuten, dass dies daran liegt, dass relativ kurzkettige Alkylsubstituenten zu einer relativ geringen Viskosität der ionischen Flüssigkeit führen. Eine relativ geringe Viskosität der ionischen Flüssigkeit gewährleistet hierbei eine relativ geringe Schaumbildung bei der Reaktion zur Entstehung von Sauerstoff.In one embodiment of the invention, one substituent of the N-monosubstituted ions and at least one substituent of the N'-N-disubstituted or N-disubstituted ions is independently selected from methyl, ethyl, butyl, hexyl or sulfobutyl. The inventors have found that an ionic liquid, particularly an ionic liquid containing an N-monosubstituted or an N'-N-disubstituted imidazolium ion having at least one relatively short chain alkyl substituent, particularly methyl or ethyl, is advantageous. The inventors suspect that this is because relatively short-chain alkyl substituents lead to a relatively low viscosity of the ionic liquid. A relatively low viscosity of the ionic liquid ensures relatively little foaming during the reaction to form oxygen.

Die ionische Flüssigkeit kann eine ionische Flüssigkeit sein, die in einem Temperaturbereich von -20 °C bis +200 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von -15 °C bis +150 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von -10 °C bis +50 °C, in flüssigem Zustand ist.The ionic liquid can be an ionic liquid in a temperature range from −20° C. to +200° C., in particular in a temperature range from −15° C. to +150° C., in particular in a temperature range from −10° C. to + 50 °C, is in the liquid state.

Beispiele geeigneter ionischer Flüssigkeiten sind [MeMeIM][SO₄Me], [BuMeIM][SO₄Me], [EtMeIM][SO₄Et], [BuMeIM][SO₄Bu], [MeMeIM][PO₄Me₂], [BuMeIM][PO₄Me₂], [EtMeIM][PO₄Et₂], [EtEtIM][PO₄Et₂], [BuMeIM][PO₄Bu₂], [EtMeIM][H₂PO₄], [MeBuSO₃HHIM][H₂PO₄], [HMeIM][HSO₄], [EtMeIM][HSO₄], [MeBuSO₃HHIM][HSO₄], [EtMeIM][FeCl₄], [BuMeIM][FeCl₄] sowie [BuMeIM][BF₄], [HexMeIM][BF₄], [BuMeIM][PF₆], [HexMeIM][PF₆], [BuMePip][TFSI], [BuMePyrr][TFSI], [BuNH₃][HSO₄], [BuNH₃][NO₃], [HOEtNH₃][HSO₄] und [EMIM][SO₄Me]. Dabei gilt folgende Nomenklatur: Die erste eckige Klammer beinhaltet das Kation und die zweite eckige Klammer das Anion. Zusätzlich gelten etablierte Abkürzungen wie: Me: Methyl, Et: Ethyl, Bu: Butyl, Hex: Hexyl, IM: Imidazolium, Pip: Piperidinium, Pyrr: Pyrrolidinium, SO₄Me: Methylsulfat, SO₄Et: Ethylsulfat, SO₄Bu: Butylsulfat, PO₄Me₂: Dimethylposphat, PO₄Et₂: Diethylphosphat, PO₄Bu₂: Dibutylphosphat, HSO₄: Hydrogensulfat, H₂PO₄: Dihydrogenphosphat, NO₃: Nitrat, FeCl₄: Tetrachloroferrat, BF₄: Tetrafluoroborat, PF₆: Hexafluorophosphat, TFSI: Bis(trifluormethan)sulfonimid, EMIM: 1-Ethyl-3-Methylimidazolium.Examples of suitable ionic liquids are [MeMeIM][SO ₄ Me], [BuMeIM][SO ₄ Me], [EtMeIM][SO ₄ Et], [BuMeIM][SO ₄ Bu], [MeMeIM][PO ₄ Me ₂ ] , [BuMeIM][PO ₄ Me ₂ ], [EtMeIM][PO ₄ Et ₂ ], [EtEtIM][PO ₄ Et ₂ ], [BuMeIM][PO ₄ Bu ₂ ], [EtMeIM][H ₂ PO ₄ ] , [MeBuSO ₃ HHIM][H ₂ PO ₄ ], [HMeIM][HSO ₄ ], [EtMeIM][HSO ₄ ], [MeBuSO ₃ HHIM][HSO ₄ ], [EtMeIM][FeCl ₄ ], [BuMeIM] [FeCl ₄ ] and [BuMeIM][BF ₄ ], [HexMeIM][BF ₄ ], [BuMeIM][PF ₆ ], [HexMeIM][PF ₆ ], [BuMePip][TFSI], [BuMePyrr][TFSI] , [BuNH ₃ ][HSO ₄ ], [BuNH ₃ ][NO ₃ ], [HOEtNH ₃ ][HSO ₄ ] and [EMIM][SO ₄ Me]. The following nomenclature applies: The first square brackets contain the cation and the second square brackets the anion. In addition, established abbreviations such as: Me: methyl, Et: ethyl, Bu: butyl, Hex: hexyl, IM: imidazolium, Pip: piperidinium, Pyrr: pyrrolidinium, SO ₄ Me: methyl sulfate, SO ₄ Et: ethyl sulfate, SO ₄ Bu: Butyl sulfate, PO ₄ Me ₂ : dimethyl phosphate, PO ₄ Et ₂ : diethyl phosphate, PO ₄ Bu ₂ : dibutyl phosphate, HSO ₄ : hydrogen sulfate, H ₂ PO ₄ : dihydrogen phosphate, NO ₃ : nitrate, FeCl ₄ : tetrachloroferrate, BF ₄ : tetrafluoroborate, PF ₆ : hexafluorophosphate, TFSI: bis(trifluoromethane)sulfonimide, EMIM: 1-ethyl-3-methylimidazolium.

Zur Veranschaulichung sind im Folgenden zwei verschiedene ionische Flüssigkeit mit Strukturformel gezeigt.

Two different ionic liquids with structural formulas are shown below for illustration.

Außerdem sind alle Kreuzkombinationen der jeweiligen Anionen und Kationen geeignet, so beispielsweise die ionische Flüssigkeit [BuMelM][BF₄]:

In addition, all cross combinations of the respective anions and cations are suitable, such as the ionic liquid [BuMelM][BF ₄ ]:

Beispiele ionischer Flüssigkeiten, die bei -20 °C flüssig sind, sind: [MeMelM][SO₄Me], [EtMelM][SO₄Et], [BuMelM][SO₄Me], [BuMelM][SO₄Bu], [MeMelM][PO₄Me₂], [EtMelM][P0₄Et₂], [EtEtlM][PO₄Et₂], [BuMelM][PO₄Me₂], [BuMelM][PO₄Bu₂], [EtMelM][H₂PO₄], [EtMelM][HSO₄], [BuMelM][FeCl₄], sowie [BuMelM][BF₄], [BuMelM][PF₆], [HexMelM][BF₄], [HexMelM][PF₆].Examples of ionic liquids that are liquid at -20 °C are: [MeMelM][SO ₄ Me], [EtMelM][SO ₄ Et], [BuMelM][SO ₄ Me], [BuMelM][SO ₄ Bu] , [MeMelM][PO ₄ Me ₂ ], [EtMelM][P0 ₄ Et ₂ ], [EtEtlM][PO ₄ Et ₂ ], [BuMelM][PO ₄ Me ₂ ], [BuMelM][PO ₄ Bu ₂ ] , [EtMelM][H ₂ PO ₄ ], [EtMelM][HSO ₄ ], [BuMelM][FeCl ₄ ], as well as [BuMelM][BF ₄ ], [BuMelM][PF ₆ ], [HexMelM][BF ₄ ], [HexMelM][PF ₆ ].

Der metallhaltige Katalysator kann in Form eines Metalloxids, eines Mischoxids, eines Metallsalzes, eines Metallkations oder eines Metallat-Anions vorliegen. Das Metall des Metalloxids, des Metallsalzes oder des Metallkations kann Blei oder ein Übergangsmetall sein. Das Übergangsmetall kann Mangan, Kupfer, Kobalt, Nickel, Vanadium, Ruthenium, Iridium, Zink, Rhodium, Palladium oder Eisen sein. Das Mischoxid kann eine Mischung aus Oxiden von Cobalt und Eisen oder eine Mischung aus Oxiden von Mangan und Eisen sein. Das Metallat-Anion kann ein Tetrachloroferrat ([FeCl₄]^1-) sein, welches als Anion einer ionischen Flüssigkeit katalytisch aktiv ist.The metal-containing catalyst can be in the form of a metal oxide, a mixed oxide, a metal salt, a metal cation, or a metalate anion. The metal of the metal oxide, metal salt or metal cation can be lead or a transition metal. The transition metal can be manganese, copper, cobalt, nickel, vanadium, ruthenium, iridium, zinc, rhodium, palladium or iron. The mixed oxide may be a mixture of oxides of cobalt and iron or a mixture of oxides of manganese and iron. The metalate anion can be a tetrachloroferrate ([FeCl ₄ ] ^1- ), which is catalytically active as an anion of an ionic liquid.

Das Metalloxid kann Blei(II)-oxid, Blei(IV)-oxid, Blei(II,IV)-oxid, Mangan(II)-oxid, Mangan(III)-oxid, Mangan(II,III)-oxid, Mangan(IV)-oxid, Kupfer(I)-oxid, Kupfer(II)-oxid, Kobalt(II)-oxid, Kobalt(III)-oxid, Kobalt(II,III)-oxid, Eisen(II)-oxid, Eisen(II,III)-oxid oder Eisen(III)-oxid, Nickel(II)-oxid, Nickel(III)-oxid, Vanadium(V)-oxid, Iridium(IV)-oxid, Iridium(VI)-oxid, Zink(II)-oxid, Rhodium(III)-oxid, Rhodium(IV)-oxid, Palladium(II)-oxid, Palladium(IV)-oxid, insbesondere Mangan(IV)-oxid sein. Das Mischoxid kann Cobalt(II)-Eisen(III)-oxid (CoFe₂O₄) oder Mangan(III)-Eisen(III)-oxid [(Mn,Fe)₂O₃] sein. Das Metallkation kann Pb(II), Pb(IV), Mn(II), Mn(III), Mn(IV), Cu(I), Cu(II), Co(II), Co(III), Fe(II) oder Fe(III) sein, insbesondere Pb(IV). Es hat sich gezeigt, dass diese Metalloxide und Metallkationen die Sauerstoffproduktion in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beschleunigen. Das Metalloxid oder das Metallkation kann ein Metalloxid oder ein Metallkation sein, das zumindest teilweise während der Reaktion der Zusammensetzung gebildet wird. Wenn das Metalloxid beispielsweise Mangan(III)-oxid ist, dann kann Mangan(IV)-oxid durch Oxidation durch den während der Reaktion der Zusammensetzung gebildeten Sauerstoff gebildet werden.The metal oxide may be lead(II) oxide, lead(IV) oxide, lead(II,IV) oxide, manganese(II) oxide, manganese(III) oxide, manganese(II,III) oxide, manganese (IV) oxide, copper(I) oxide, copper(II) oxide, cobalt(II) oxide, cobalt(III) oxide, cobalt(II,III) oxide, iron(II) oxide, Iron(II,III) oxide or iron(III) oxide, nickel(II) oxide, nickel(III) oxide, vanadium(V) oxide, iridium(IV) oxide, iridium(VI) oxide , zinc(II) oxide, rhodium(III) oxide, rhodium(IV) oxide, palladium(II) oxide, palladium(IV) oxide, in particular manganese(IV) oxide. The mixed oxide can be cobalt(II)-iron(III) oxide (CoFe ₂ O ₄ ) or manganese(III)-iron(III) oxide [(Mn,Fe) ₂ O ₃ ]. The metal cation can be Pb(II), Pb(IV), Mn(II), Mn(III), Mn(IV), Cu(I), Cu(II), Co(II), Co(III), Fe( II) or Fe(III), in particular Pb(IV). It has been found that these metal oxides and metal cations accelerate oxygen production in the composition of the invention. The metal oxide or metal cation can be a metal oxide or metal cation that is at least partially formed during the reaction of the composition. For example, if the metal oxide is manganese(III) oxide, then manganese(IV) oxide may be formed by oxidation by the oxygen formed during the reaction of the composition.

Das Antischaummittel kann in fester oder flüssiger Form vorliegen. Das Antischaummittel kann vollständig gelöst, insbesondere in Wasser, Öl oder einem flüssigen Polysiloxan, als Dispersion hydrophober Partikel in einem Öl, als wässrige Emulsion oder Suspension oder als ein bei 25 °C in fester Form vorliegender Feststoff vorliegen. Das Antischaummittel kann geträgert von einer Trägersubstanz, insbesondere einem Fettsäuremethylester oder einem Polymer, vorliegen. Das Antischaummittel kann einen Alkylphenylethylenglycolether, ein Kondensationsprodukt aus Ethylen, Propylen und Ethylendiamin, ein Polysiloxan, ein Polypropylen, eine Polyetherdispersion, ein acyclisches Alkan oder eine Mischung aus mindestens zwei, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Alkylphenylethylenglycolether, einem Kondensationsprodukt aus Ethylen, Propylen und Ethylendiamin, einem Polysiloxan, einem Polypropylen, einer Polyetherdispersion und einem acyclischen Alkan, umfassen oder daraus bestehen. Das Antischaummittel kann Paraffinwachs, Kurita FC 6850 oder BYK 1710 sein. Kurita FC 6850 ist ein nicht-ionisches Kondensationsprodukt aus Ethylen und Ethylendiamin, welches von der Firma Kurita Europe GmbH, Mannheim angeboten wird. BYK 1710 ist ein Bis(isopropyl)naphthalin enthaltender Entschäumer auf Polymerbasis, welcher von der Firma BYK-Chemie GmbH, Wesel angeboten wird.The antifoam agent can be in solid or liquid form. The antifoam can be completely dissolved, in particular in water, oil or a liquid polysiloxane, as a dispersion of hydrophobic particles in an oil, as an aqueous emulsion or suspension or as a solid present at 25° C. in solid form. The antifoam agent can be supported by a carrier substance, in particular a fatty acid methyl ester or a polymer. The antifoam can be an alkyl phenyl ethylene glycol ether, a condensation product of ethylene, propylene and ethylene diamine, a polysiloxane, a polypropylene, a polyether dispersion, an acyclic alkane or a mixture of at least two selected from a group consisting of an alkyl phenyl ethylene glycol ether, a condensation product of ethylene, propylene and ethylene diamine, a polysiloxane, a polypropylene, a polyether dispersion and an acyclic alkane. The antifoam can be paraffin wax, Kurita FC 6850 or BYK 1710. Kurita FC 6850 is a nonionic condensation product of ethylene and ethylenediamine, which is offered by Kurita Europe GmbH, Mannheim. BYK 1710 is a polymer-based defoamer containing bis(isopropyl)naphthalene, which is available from BYK-Chemie GmbH, Wesel.

Die Erfinder haben festgestellt, dass sich im Laufe der Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff einer kein Antischaummittel enthaltenden Zusammensetzung zur Erzeugung von Sauerstoff eine die Sauerstoffquelle bindende feste Kruste ausbildet, die an der Oberfläche der Zusammensetzung zur Erzeugung von Sauerstoff aufschwimmt. Die Kruste scheint aus bei der Umsetzung der Sauerstoffquelle entstehendem Salz und Schaum, der sich durch das Salz verfestigt, zu entstehen. Die Bildung der Kruste führt dazu, dass die gebundene Sauerstoffquelle der Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff zumindest teilweise entzogen wird. Das resultiert in einer verminderten und auch ungleichmäßigen Zersetzung der Sauerstoffquelle. Die Erfinder haben weiterhin festgestellt, dass dieser Effekt durch Zugabe eines Antischaummittels unterbunden oder zumindest stark vermindert wird, indem die Schaumbildung bei der Erzeugung des Sauerstoffs unterbunden und/oder der bei der Erzeugung des Sauerstoffs entstandene Schaum zerstört wird. Zudem haben die Erfinder festgestellt, dass ein Wasser enthaltendes Antischaummittel die Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff vorteilhaft beeinflusst und die Sauerstoffflussrate erhöht. Das Antischaummittel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gewährleistet gegenüber einer das Antischaummittel nicht enthaltenden aber ansonsten identischen Zusammensetzung eine gleichmäßigere Zersetzung der Sauerstoffquelle über einen längeren Zeitraum.The inventors have found that in the course of the oxygen generation reaction of an oxygen generation composition containing no antifoam agent, a solid crust binding the oxygen source is formed and floats on the surface of the oxygen generation composition. The crust appears to be formed from salt formed from the reaction of the oxygen source and foam solidified by the salt. The formation of the crust results in the bound oxygen source being at least partially withdrawn from the reaction to produce oxygen. This results in reduced and also uneven decomposition of the oxygen source. The inventors have also found that this effect is suppressed or at least greatly reduced by adding an antifoam agent by suppressing the formation of foam when the oxygen is generated and/or destroying the foam formed when the oxygen is generated. In addition, the inventors have found that a water-containing antifoaming agent favorably affects the oxygen generation reaction and increases the oxygen flow rate. The antifoaming agent in the composition according to the invention ensures a more uniform decomposition of the oxygen source over a longer period of time compared to a composition which does not contain the antifoaming agent but is otherwise identical.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zusammensetzung mindestens ein Additiv. Das Additiv kann unabhängig voneinander aus Wasser, einer weiteren Säure, einer weiteren Base, einer wässrigen Lösung einer weiteren Säure oder einer wässrigen Lösung einer weiteren Base ausgewählt sein. Die weitere Säure kann eine anorganische Säure, wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salzsäure oder Salpetersäure, eine organische Säure, wie Ameisensäure, Essigsäure, Citronensäure, Chloressigsäure oder Benzoesäure, ein saures Salz, wie Natriumhydrogensulfat oder Kaliumhydrogenphosphat, oder eine saure ionische Flüssigkeit, wie [MeBuSO₃HHIM][H₂PO₄], [HMelM][HSO₄], [EtMelM][HSO₄], [MeBuSO₃HHIM][HSO₄], [BuNH₃][HSO₄], [BuNH₃][NO₃], [HOEtNH₃][HSO₄] sein. Die weitere Base kann ein Hydroxid, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Calciumhydroxid, ein basisches Oxid, wie Calciumoxid, ein basisches Salz wie Kaliumphosphat, Natriumacetat, Natriumpercarbonat oder Kaliumcarbonat, oder eine basische ionische Flüssigkeit, wie [MeMeIM][PO₄Me₂], [BuMelM][PO₄Me₂], [EtMelM][PO₄Et₂], [EtEtlM][PO₄Et₂], [BuMelM][PO₄Bu₂], [MeMelM][SO₄Me], [BuMelM][SO₄Me], [EtMelM][SO₄Et], [BuMelM][SO₄Bu] sein.In one embodiment of the invention, the composition comprises at least one additive. The additive can independently be selected from water, another acid, another base, an aqueous solution of another acid or an aqueous solution of another base. The other acid may be an inorganic acid such as sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid or nitric acid, an organic acid such as formic acid, acetic acid, citric acid, chloroacetic acid or benzoic acid, an acidic salt such as sodium hydrogen sulfate or potassium hydrogen phosphate, or an acidic ionic liquid such as [MeBuSO ₃ HHIM][H ₂ PO ₄ ], [HMelM][HSO ₄ ], [EtMelM][HSO ₄ ], [MeBuSO ₃ HHIM][HSO ₄ ], [BuNH ₃ ][HSO ₄ ], [BuNH ₃ ][ _NO3 ], [ _HOEtNH3 ][ _HSO4 ]. The other base can be a hydroxide such as sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide, a basic oxide such as calcium oxide, a basic salt such as potassium phosphate, sodium acetate, sodium percarbonate or potassium carbonate, or a basic ionic liquid such as [MeMeIM][PO ₄ Me ₂ ], [BuMelM][PO ₄ Me ₂ ], [EtMelM][PO ₄ Et ₂ ], [EtEtlM][PO ₄ Et ₂ ], [BuMelM][PO ₄ Bu ₂ ], [MeMelM][SO ₄ Me], [ BuMelM][ _SO4Me ], [EtMelM][ _SO4Et ], [BuMelM][ _SO4Bu ].

Wenn mehr als ein Additiv in der Zusammensetzung enthalten ist, werden die weitere Säure oder die wässrige Lösung der weiteren Säure und die weitere Base oder die wässrige Lösung der weiteren Base in der Regel nicht als Additive miteinander kombiniert. Das Additiv kann zur Beschleunigung und Verlangsamung der Sauerstofferzeugung verwendet werden. Ist das Lösungsmittel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine ionische Flüssigkeit ohne Wasseranteil kann die weitere Base oder weitere Säure als Additiv zur Beschleunigung der Sauerstofferzeugung verwendet werden. Ist das Lösungsmittel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine wässrige Lösung der ionischen Flüssigkeit, kann die weitere Base oder wässrige Lösung der weiteren Base als Additiv zur Verlangsamung der Sauerstofferzeugung verwendet werden und die weitere Säure oder die wässrige Lösung der weiteren Säure als Additiv zur Beschleunigung der Sauerstofferzeugung verwendet werden. Mindestens ein Additiv kann in der Zusammensetzung in einer Form vorhanden sein, die eine verzögerte Freisetzung des Additivs bewirkt. Zum Beispiel kann es dazu in einer Kapsel eingekapselt sein, die sich langsam auflöst, wenn sie mit dem Lösungsmittel in Kontakt kommt. Durch das Additiv ist es auch möglich, den Schmelzpunkt der ionischen Flüssigkeit herabzusetzen, so dass diese auch bei tiefen Temperaturen, z. B. unterhalb von 20 °C, flüssig ist. Dadurch kann auch eine ionische Flüssigkeit in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Einsatz kommen, die bei 25 °C ohne Additiv als Feststoff vorliegen würde.If more than one additive is included in the composition, the additional acid or the aqueous solution of the additional acid and the additional base or the aqueous solution of the additional base are not usually combined with one another as additives. The additive can be used to speed up and slow down the production of oxygen. If the solvent in the composition according to the invention is an ionic liquid with no water content, the further base or further acid can be used as an additive to accelerate the generation of oxygen. If the solvent in the composition according to the invention is an aqueous solution of the ionic liquid, the further base or aqueous solution of the further base can be used as an additive to slow down oxygen generation and the further acid or the aqueous solution of the further acid can be used as an additive to accelerate oxygen generation become. At least one additive may be present in the composition in a form that effects sustained release of the additive. For example, it can be encapsulated in a capsule that slowly dissolves when in contact with the solvent. The additive also makes it possible to reduce the melting point of the ionic liquid, so that it can also be used at low temperatures, e.g. B. below 20 ° C, is liquid. As a result, an ionic liquid which would be present as a solid at 25° C. without an additive can also be used in the composition according to the invention.

Die Sauerstoffquelle, das Lösungsmittel, der metallhaltige Katalysator und das Antischaummittel der erfindungsgemäßen Zusammensetzung können in einem Kit enthalten sein. Der Kit kann ferner jeden weiteren Bestandteil, insbesondere das Additiv, umfassen, der die erfindungsgemäße Zusammensetzung bildet.The oxygen source, the solvent, the metal-containing catalyst and the antifoaming agent of the composition according to the invention can be contained in a kit. The kit can also comprise any other component, in particular the additive, constituting the composition according to the invention.

Die Erfindung betrifft ferner einen Sauerstoffgenerator, insbesondere zur Erzeugung von atembarem Sauerstoff, insbesondere für den Einsatz in Notfällen, wie beispielsweise in einem Notfallrettungssystem. Der Sauerstoffgenerator umfasst ein erstes und ein zweites Kompartiment, eine Öffnung zur Freisetzung oder eine Leitung zur Ableitung von im Sauerstoffgenerator entstehendem Sauerstoff und sämtliche Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. Dabei sind die Sauerstoffquelle in dem ersten Kompartiment und das Lösungsmittel und der metallhaltige Katalysator in dem zweiten Kompartiment enthalten. Das Antischaummittel ist entweder im ersten oder im zweiten Kompartiment enthalten. Insbesondere wenn das Antischaummittel ein festes Antischaummittel ist kann es problemlos zusammen mit der Sauerstoffquelle im ersten Kompartiment enthalten sein. Der Sauerstoffgenerator umfasst eine die Kompartimente separierende physikalische Barriere und ein Mittel zur Überwindung der physikalischen Barriere, wobei die physikalische Barriere so angeordnet ist, dass die Sauerstoffquelle, das Lösungsmittel, der metallhaltige Katalysator und das Antischaummittel bei Überwindung der physikalischen Barriere miteinander in Kontakt kommen. Dadurch entstehender Sauerstoff wird durch die Öffnung freigesetzt oder durch die Leitung abgeleitet, wobei die Öffnung oder die Leitung in dazu geeigneter Weise angeordnet ist.The invention also relates to an oxygen generator, in particular for generating breathable oxygen, in particular for use in emergencies, such as in an emergency rescue system. The oxygen generator comprises a first and a second compartment, an opening for release or a line for discharging oxygen produced in the oxygen generator and all the components of the composition according to the invention. The oxygen source is contained in the first compartment and the solvent and the metal-containing catalyst are contained in the second compartment. The antifoam agent is contained in either the first or the second compartment. Especially when the antifoam is a solid antifoam, it can easily be contained in the first compartment together with the oxygen source. The oxygen generator comprises a physical barrier separating the compartments and a means for crossing the physical barrier, the physical barrier being arranged such that the oxygen source, the solvent, the metal-containing catalyst and the antifoam agent come into contact with one another when crossing the physical barrier. Oxygen produced thereby is released through the orifice or discharged through the duct, the orifice or duct being suitably arranged therefor.

Die physikalische Barriere kann ein Ventil sein, das durch das Mittel geöffnet werden kann. Die physikalische Barriere kann auch eine Membran oder eine Folie sein, wobei das Mittel zur Überwindung der physikalischen Barriere ein Mittel zum Entfernen, Zerstören oder Durchlöchern der Membran oder Folie, insbesondere eine Klinge oder ein spitzer Gegenstand, ist. Die Folie kann eine Kunststofffolie oder eine Metallfolie sein.The physical barrier can be a valve that can be opened by the agent. The physical barrier can also be a membrane or a film, with the means for overcoming the physical barrier being a means for removing, destroying or piercing the membrane or film, in particular a blade or a pointed object. The foil can be a plastic foil or a metal foil.

Die in dem Sauerstoffgenerator enthaltenen Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung können neben der Sauerstoffquelle, dem Lösungsmittel, dem Katalysator und dem Antischaummittel optional jedes der oben genannten weiteren Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, insbesondere das Additiv, insbesondere in dem zweiten Kompartiment zusammen mit dem Lösungsmittel umfassen.In addition to the oxygen source, the solvent, the catalyst and the antifoam agent, the components of the composition according to the invention contained in the oxygen generator can optionally include any of the above-mentioned further components of the composition according to the invention, in particular the additive, in particular in the second compartment together with the solvent.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff, insbesondere von atembarem Sauerstoff, insbesondere für den Einsatz in Notfällen, wie beispielsweise in einem Notfallrettungssystem. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen und das miteinander Inkontaktbringen der Sauerstoffquelle, des Lösungsmittels, des metallhaltigen Katalysators und des Antischaummittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und optional des Additivs der erfindungsgemäßen Zusammensetzung.The invention also relates to a method for generating oxygen, in particular breathable oxygen, in particular for use in emergencies, such as in an emergency rescue system. The method comprises providing and bringing into contact the oxygen source, the solvent, the metal-containing catalyst and the antifoam agent of the composition of the invention and optionally the additive of the composition of the invention.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung der Sauerstoffquelle, des Lösungsmittels, des metallhaltigen Katalysators und des Antischaummittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und optional des Additivs der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zur Erzeugung von, insbesondere atembarem Sauerstoff, insbesondere für den Einsatz in Notfällen, wie in einem Notfallrettungssystem. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung kann es sich um eine Verwendung in einer hermetisch abgeschlossenen Umgebung, wie beispielsweise in einem U-Boot oder einer Raumkapsel, oder in einer Notfallsituation, wie beispielsweise bei einem plötzlichen Druckabfall in einem Flugzeug, handeln.Furthermore, the invention relates to a use of the oxygen source, the solvent, the metal-containing catalyst and the antifoam agent of the composition according to the invention and optionally the additive of the composition according to the invention for the production of, in particular, breathable oxygen, in particular for use in emergencies, such as in an emergency rescue system. The use of the present invention may be in a hermetically sealed environment, such as in a submarine or space capsule, or in an emergency situation, such as a sudden depressurization of an aircraft.

Alle in der Beschreibung angegebenen Merkmale sind als Merkmale zu verstehen, die auf alle Ausführungsformen der Erfindung anwendbar sind. Dies bedeutet beispielsweise, dass ein für die Zusammensetzung angegebenes Merkmal auch auf den Sauerstoffgenerator, das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Verwendung angewendet werden kann und umgekehrt.All features indicated in the description are to be understood as features applicable to all embodiments of the invention. This means, for example, that a feature given for the composition can also be applied to the oxygen generator, the method according to the invention and/or the use according to the invention and vice versa.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

1 eine graphische Darstellung der Sauerstoffflussraten in Abhängigkeit der Reaktionszeit bei je einer Reaktion zur Freisetzung von Sauerstoff mit und ohne dem Antischaummittel Kurita FC-6850,
2 eine graphische Darstellung des bei den Reaktionen zur Freisetzung von Sauerstoff mit und ohne dem Antischaummittel Kurita FC-6850 freigesetzten Sauerstoffvolumens in Abhängigkeit der Reaktionszeit,
3 eine graphische Darstellung des Temperaturverlaufs der Zusammensetzung bei einer Reaktion mit dem Antischaummittel Kurita FC-6850 zur Freisetzung von Sauerstoff in Abhängigkeit der Reaktionszeit,
4 eine graphische Darstellung des bei den Reaktionen zur Freisetzung von Sauerstoff mit dem Antischaummittel Kurita FC-6850 freigesetzten Sauerstoffvolumens und des Temperaturverlaufs der Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Reaktionszeit,
5 eine graphische Darstellung der Sauerstoffflussraten in Abhängigkeit der Reaktionszeit bei je einer Reaktion zur Freisetzung von Sauerstoff mit und ohne dem Antischaummittel BYK 1710 und
6 eine graphische Darstellung des bei den Reaktionen zur Freisetzung von Sauerstoff mit und ohne dem Antischaummittel BYK 1710 freigesetzten Sauerstoffvolumens in Abhängigkeit der Reaktionszeit.

The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments. Show it

1 a graphical representation of the oxygen flow rates as a function of the reaction time for one reaction to release oxygen with and without the antifoam agent Kurita FC-6850,
2 a graphical representation of the volume of oxygen released in the oxygen release reactions with and without the antifoam agent Kurita FC-6850 as a function of the reaction time,
3 a graphic representation of the temperature profile of the composition during a reaction with the antifoam agent Kurita FC-6850 for the release of oxygen as a function of the reaction time,
4 a graphic representation of the volume of oxygen released in the reactions for the release of oxygen with the antifoam agent Kurita FC-6850 and the temperature profile of the composition as a function of the reaction time,
5 a graphic representation of the oxygen flow rates as a function of the reaction time in one reaction for the release of oxygen with and without the antifoam agent BYK 1710 and
6 a graphic representation of the volume of oxygen released in the reactions for the release of oxygen with and without the antifoam agent BYK 1710 as a function of the reaction time.

1. Ausführungsbeispiel:1st embodiment:

Jeweils 10 g Natriumperoxid und 40 g Lithiumperoxid wurden als Sauerstoffquelle in zwei Glaskolben vorgelegt. Zugegeben wurden jeweils 0,61 g Manganacetat Mn(AcO)₂ x 4 H₂O (0,25 mol% in Relation zu Peroxid) gelöst in 200 mL einer 25%-igen Kaliumhydroxidlösung. In einem der zwei Glaskolben wurden zusätzlich 15 g des Antischaummittels Kurita FC 6850 zugegeben. Das Antischaummittel Kurita FC 6850 ist ein nicht-ionisches Kondensationsprodukt aus Ethylen und Ethylendiamin der Firma Kurita Europe GmbH. Das Antischaummittel Kurita FC 6850 ist eine silikon- und mineralölfreie Dispersion aus hydrophoben Partikeln in schaumzerstörenden Polymeren. Die Kolben wurden jeweils verschlossen und der durch die Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff freigesetzte Sauerstoff durch einen Trommelgaszähler zur Messung des Volumens des erzeugten Sauerstoffs aus den Kolben geleitet. Zusätzlich wurden die Sauerstoffflussraten und die Länge der Reaktionszeit gemessen. Die Ergebnisse sind in den 1 und 2 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass durch Zugabe des Antischaummittels die maximale Ausbeute an Gasvolumen von 10,79 L auf 11,25 L steigt. Das in dieser Reaktion theoretisch maximal erzeugbare Gasvolumen beträgt 12,24 L. Zusätzlich verlängert sich durch Zugabe des Antischaummittels die Reaktionszeit von 8,1 min auf 16,3 min. Das durch die gemessenen Flussraten ermittelte Flusskurvenprofil verläuft durch Zugabe des Antischaummittels deutlich Plateau-förmiger. Durch Zugabe des Antischaummittels erfolgt die Sauerstofffreisetzung kontinuierlicher und gleichmäßiger.10 g each of sodium peroxide and 40 g of lithium peroxide were placed in two glass flasks as the source of oxygen. In each case 0.61 g of manganese acetate Mn(AcO) ₂ ×4 H ₂ O (0.25 mol % in relation to peroxide) dissolved in 200 mL of a 25% strength potassium hydroxide solution were added. An additional 15 g of the antifoam agent Kurita FC 6850 were added to one of the two glass flasks. The antifoam agent Kurita FC 6850 is a non-ionic condensation product of ethylene and ethylenediamine from Kurita Europe GmbH. The antifoam agent Kurita FC 6850 is a silicone and mineral oil-free dispersion of hydrophobic particles in foam-destroying polymers. The flasks were each sealed and the oxygen evolved by the reaction to generate oxygen was passed out of the flasks through a drum gas meter to measure the volume of oxygen generated. In addition, the oxygen flow rates and the length of the reaction time were measured. The results are in the 1 and 2 shown. From this it can be seen that adding the antifoam increases the maximum yield of gas volume from 10.79 L to 11.25 L. The theoretical maximum gas volume that can be generated in this reaction is 12.24 L. Adding the antifoam agent also increases the reaction time from 8.1 minutes to 16.3 minutes. The flow curve profile determined by the measured flow rates is significantly more plateau-shaped when the antifoam agent is added . By adding the antifoam agent, the oxygen release is more continuous and even.

2. Ausführungsbeispiel:2nd embodiment:

Jeweils 30 g Lithiumperoxid wurden zu 60 mL [EMIM][SO4Me] und 120 mL einer 30%igen wässrigen Schwefelsäurelösung in einem Glaskolben mit 15 mL des Antischaummittels Kurita FC 6850 zugegeben. Bei einer Umgebungstemperatur von Raumtemperatur und -20 °C wurde die Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff durch Zugabe von jeweils 0,25mol% Mn(AcO2) x 4 H2O (in Relation zum Peroxid) als Katalysator initiiert. Die Kolben wurden jeweils verschlossen und die Reaktionstemperatur bei jeder Reaktion gemessen. Aus 3 ist ersichtlich, dass sich die Starttemperatur der Reaktion nach der Umgebungstemperatur richtet. Die Reaktion erreicht ihr Temperaturmaximum nach wenigen Minuten und verläuft dann annähernd konstant. Gegen Ende der Reaktion kühlt die Reaktionslösung allmählich in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur ab. Die Reaktionstemperatur blieb in allen Fällen unter 150°C.30 g each of lithium peroxide was added to 60 mL of [EMIM][SO4Me] and 120 mL of a 30% aqueous solution of sulfuric acid in a glass flask containing 15 mL of the antifoam agent Kurita FC 6850. At an ambient temperature of room temperature and -20 °C, the reaction to generate oxygen was initiated by adding 0.25 mol% each of Mn(AcO2) x 4 H2O (relative to the peroxide) as a catalyst. Each flask was sealed and the reaction temperature was measured for each reaction. Out of 3 it can be seen that the starting temperature of the reaction depends on the ambient temperature. The reaction reaches its maximum temperature after a few minutes and then runs almost constantly. Toward the end of the reaction, the reaction solution gradually cools depending on the ambient temperature. The reaction temperature remained below 150°C in all cases.

3. Ausführungsbeispiel3rd embodiment

Jeweils 90 g Lithiumperoxid wurden zu 120 mL [EMIM][SO4Me] in zwei Glaskolben zugegeben. Die Glaskolben enthielten 20 mL des Antischaummittels Kurita FC 6850 und zudem entweder 270 mL einer 15%igen wässrigen Salzsäurelösung oder 240 mL einer 30%igen Schwefelsäurelösung. Die Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff wurde durch Zugabe von jeweils 0,167 mol% Mn(AcO2) x 4 H2O (in Relation zum Peroxid) als Katalysator initiiert. Die Kolben wurden jeweils verschlossen und der durch die Reaktion freigesetzte Sauerstoff durch einen Trommelgaszähler zur Messung des Volumens des erzeugten Sauerstoffs aus den Kolben geleitet. Zusätzlich wurden die Reaktionstemperatur und die Länge der Reaktionszeit bei jeder der Reaktionen gemessen. Aus 4 ist ersichtlich, dass die Reaktion ihr Temperaturmaximum nach wenigen Minuten erreicht und die Temperatur dann annähernd konstant verläuft. Gegen Ende der Reaktion kühlt die Reaktionslösung ab. Die Reaktionstemperatur blieb in allen Fällen unter 140°C. Die maximale Ausbeute an Gasvolumen beträgt etwa 11 L bei der Reaktion mit wässriger Schwefelsäurelösung und etwa 17 L bei der Reaktion mit wässriger Salzsäurelösung. Die Reaktionszeit beträgt etwa 10 min bei der Reaktion mit wässriger Schwefelsäurelösung und etwa 27 min bei der Reaktion mit wässriger Salzsäurelösung.90 g each of lithium peroxide was added to 120 mL of [EMIM][SO4Me] in two glass flasks. The flasks contained 20 mL of antifoam agent Kurita FC 6850 and also either 270 mL of a 15% strength aqueous hydrochloric acid solution or 240 mL of a 30% strength sulfuric acid solution. The reaction to generate oxygen was initiated by adding 0.167 mol% each of Mn(AcO2) x 4H2O (relative to the peroxide) as a catalyst. Each flask was sealed and the oxygen evolved by the reaction was passed out of the flask through a drum gas meter to measure the volume of oxygen generated. In addition, the reaction temperature and length of reaction time were measured in each of the reactions. Out of 4 it can be seen that the reaction reaches its maximum temperature after a few minutes and the temperature then runs approximately constant. Towards the end of the reaction, the reaction solution cools down. The reaction temperature remained below 140°C in all cases. The maximum gas volume yield is about 11 L when reacting with aqueous sulfuric acid solution and about 17 L when reacting with aqueous hydrochloric acid solution. The reaction time is about 10 minutes in the reaction with aqueous sulfuric acid solution and about 27 minutes in the reaction with aqueous hydrochloric acid solution.

4. Ausführungsbeispiel4th embodiment

Jeweils 70 g Calciumperoxid und 30 g Calciumoxid wurden als Sauerstoffquelle in zwei Glaskolben vorgelegt. Zugegeben wurden jeweils 2 mol% Manganoxid MnO₂ (in Relation zum Peroxid) gelöst in 170 mL einer 15%-igen wässrigen Schwefelsäurelösung. In einem der zwei Glaskolben wurden zusätzlich 20 g des Antischaummittels BYK 1710 zugegeben. Das Antischaummittel BYK 1710 ist ein Bis(isopropyl)naphthalin enthaltender Entschäumer auf Polymerbasis, welcher von der Firma BYK-Chemie GmbH, Wesel angeboten wird. Das Antischaummittel BYK 1710 ist eine silikon- und mineralölfreie Mischung hydrophober Feststoffe und schaumzerstörender Polymere. Die Kolben wurden jeweils verschlossen und der durch die Reaktion freigesetzte Sauerstoff durch einen Trommelgaszähler zur Messung des Volumens des erzeugten Sauerstoffs aus den Kolben geleitet. Zusätzlich wurden die Sauerstoffflussraten und die Länge der Reaktionszeit gemessen. Die Ergebnisse sind in den 5 und 6 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass durch Zugabe des Antischaummittels BYK 1710 die maximale Ausbeute an Gasvolumen von 10,60 L auf 11,20 L steigt. Das in dieser Reaktion theoretisch maximal erzeugbare Gasvolumen beträgt 12,05 L. Zusätzlich verlängert sich durch Zugabe des Antischaummittels die Reaktionszeit von 11,7 min auf 17,8 min. Das durch die gemessenen Flussraten ermittelte Flusskurvenprofil verläuft durch Zugabe des Antischaummittels BYK 1710 deutlich Plateau-förmiger. Durch Zugabe des Antischaummittels BYK 1710 erfolgt die Sauerstofffreisetzung kontinuierlicher und gleichmäßiger.In each case 70 g of calcium peroxide and 30 g of calcium oxide were placed in two glass flasks as the oxygen source. In each case 2 mol % of manganese oxide MnO ₂ (in relation to the peroxide) dissolved in 170 mL of a 15% strength aqueous sulfuric acid solution were added. In addition, 20 g of the antifoam agent BYK 1710 were added to one of the two glass flasks. The antifoam agent BYK 1710 is a polymer-based antifoam agent containing bis(isopropyl)naphthalene, which is available from BYK-Chemie GmbH, Wesel. The antifoam agent BYK 1710 is a silicone and mineral oil-free mixture of hydrophobic solids and foam-destroying polymers. Each flask was sealed and the oxygen evolved by the reaction was passed out of the flask through a drum gas meter to measure the volume of oxygen produced. In addition, the oxygen flow rates and the length of the reaction time were measured. The results are in the 5 and 6 shown. From this it can be seen that adding the antifoam agent BYK 1710 increases the maximum yield of gas volume from 10.60 L to 11.20 L. The maximum gas volume that can theoretically be generated in this reaction is 12.05 L. Adding the antifoam agent also increases the reaction time from 11.7 minutes to 17.8 minutes -shaped. By adding the antifoam agent BYK 1710, the oxygen release is more continuous and more even.

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WO 8602063 A1 [0002]
JP61227903A [0002]
DE 19602149 A1 [0002]
US 2007/0231200 A1 [0003]
EP 3323782 A1 [0004]
EP 3323470 A1 [0005]
EP 3604212 B1 [0006]

Claims

A composition for generating oxygen, comprising or consisting of the following components: - an oxygen source, wherein the oxygen source is an alkali metal peroxide, an alkaline earth metal peroxide, an alkali metal chlorate, an alkali metal chlorate hydrate, an alkali metal perchlorate, an alkali metal perchlorate hydrate, an alkaline earth metal chlorate, an alkaline earth metal chlorate hydrate, an alkaline earth metal perchlorate, an alkaline earth metal perchlorate hydrate or a mixture of at least two of an alkali metal peroxide, an alkaline earth metal peroxide, an alkali metal chlorate, an alkali metal chlorate hydrate, an alkali metal perchlorate, an alkali metal perchlorate hydrate, an alkaline earth metal chlorate, an alkaline earth metal chlorate hydrate, an alkaline earth metal perchlorate and an alkaline earth metal perchlorate hydrate, - A solvent, wherein the solvent is water, an aqueous solution of an acid, an aqueous solution of a base, an ionic liquid or an aqueous solution of an ionic liquid, the ionic liquid being a salt consisting of at least one cation and at least one anion in liquid state is, and - at least one metal-containing catalyst, wherein the catalyst comprises a metal cation, a metal oxide, a metalate anion or a metal salt, the presence of the catalyst in the composition being optional when the solvent is the ionic liquid or the aqueous solution of the ionic liquid and the ionic liquid already comprises a catalytically active metal-containing anion, the composition additionally comprising at least one antifoam agent.

composition after claim 1 , wherein the ionic liquid is an ionic liquid which is liquid in a temperature range from -20 °C to +200 °C, in particular in a temperature range from -15 °C to +150 °C.

composition after claim 1 or 2 , wherein the cation is an N-monosubstituted or an N'-N-disubstituted imidazolium ion, an N-monosubstituted or an N-disubstituted piperidinium ion, an N-monosubstituted pyrrolidinium ion, an N-monosubstituted ammonium ion or a ethanolaminium ion and/or the anion is methyl sulfate ion, ethyl sulfate ion, butyl sulfate ion, dimethyl phosphate ion, diethyl phosphate ion, dibutyl phosphate ion, hydrogen sulfate ion, dihydrogen phosphate ion nitrate ion, a tetrachloroferrate ion, a tetrafluoroborate ion, a hexafluorophosphate ion or a bis(trifluoromethane)sulfonimide ion.

composition after claim 3 wherein one substituent of the N-monosubstituted ions and at least one substituent of the N'-N-disubstituted or N-disubstituted ions is independently selected from methyl, ethyl, butyl, hexyl or sulfobutyl.

Composition according to one of the preceding claims, wherein the acid is an inorganic acid, in particular sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid or nitric acid, an organic acid, in particular formic acid, acetic acid, citric acid, chloroacetic acid or benzoic acid, or an acid salt, in particular sodium hydrogen sulfate or potassium dihydrogen phosphate, or a is acidic ionic liquid.

A composition according to any one of the preceding claims, wherein the base is a hydroxide, especially sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide, a basic oxide, especially calcium oxide, or a basic salt, especially potassium phosphate, sodium acetate, sodium percarbonate or potassium carbonate.

A composition according to any one of the preceding claims, wherein the oxygen source is Li ₂ O ₂ , Na ₂ O ₂ , CaO ₂ , MgO ₂ , SrO ₂ , LiClO ₃ , NaClO ₃ , KClO ₃ , LiClO ₄ , NaClO ₄ , Mg(ClO ₃ ) ₂ , Mg(ClO ₃ ) ₂ or a hydrate of LiClO ₃ , a hydrate of NaClO ₃ , a hydrate of KClO ₃ , a hydrate of NaClO ₄ , a hydrate of Mg(ClO ₃ ) ₂ or a hydrate of Mg(ClO ₃ ) ₂ is

A composition according to any one of the preceding claims wherein the metal oxide comprises or consists of a lead oxide, an oxide of a transition metal or a mixed oxide, the transition metal being manganese, copper, cobalt, nickel, vanadium, ruthenium, iridium, zinc, rhodium, palladium or iron , wherein the mixed oxide is CoFe ₂ O ₄ or [(Mn,Fe) ₂ O ₃ ].

A composition according to any one of the preceding claims wherein the metal cation comprises or consists of a lead cation or a cation of a transition metal, the transition metal being manganese, copper, cobalt, nickel, vanadium, ruthenium, iridium, zinc, rhodium, palladium or iron.

A composition according to any one of the preceding claims wherein the metal salt comprises a lead salt or a salt of a transition metal, the transition metal being manganese, copper, cobalt or iron.

A composition according to any one of the preceding claims wherein the metal-containing anion of the ionic liquid is a metalate anion.

composition after claim 11 , where the metalate anion is a tetrachloroferrate.

A composition according to any one of the preceding claims wherein the antifoam agent comprises or consists of an alkyl phenyl ethylene glycol ether, a condensation product of ethylene, propylene and ethylene diamine, a polysiloxane, a polypropylene, a polyether dispersion or an acyclic alkane.

A composition according to any one of the preceding claims wherein the antifoam is in dissolved form.

A composition according to any one of the preceding claims wherein the antifoam agent is in supported form on a carrier.

A composition according to any one of the preceding claims, wherein the composition comprises as a further component at least one additive, the additive being independently selected from water, another acid, another base, an aqueous solution of another acid or an aqueous solution of another base.

composition after Claim 16 , wherein the further acid is an inorganic acid, in particular sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid or nitric acid, an organic acid, in particular formic acid, acetic acid, citric acid, chloroacetic acid or benzoic acid, an acidic salt, in particular sodium hydrogen sulfate, potassium dihydrogen phosphate, or an acidic ionic liquid.

composition after Claim 16 , wherein the further base is a hydroxide, in particular sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide, a basic oxide, in particular calcium oxide, a basic salt, in particular potassium phosphate, sodium acetate, sodium percarbonate or potassium carbonate, or a basic ionic liquid.

Oxygen generator having a first and a second compartment, having an opening for release or conduit for discharging oxygen generated in the oxygen generator and having all the components of the composition according to Claim 1 and optionally at least one component or at least one further component of the composition according to any one of patent claims 2 until 18 , wherein the oxygen source is contained in the first compartment and the solvent and the metal-containing catalyst are contained in the second compartment, wherein the antifoam agent is contained in the first or second compartment, wherein the oxygen generator has a physical barrier separating the compartments and a means for overcoming the physical barrier wherein the physical barrier is arranged such that the source of oxygen, the solvent, the metal-containing catalyst and the antifoam contact each other upon crossing the physical barrier, resulting oxygen being released through the opening or vented through the conduit.

oxygen generator after claim 19 , wherein the physical barrier is a valve to be opened by the means or a membrane or a foil, wherein the means for overcoming the physical barrier in the case of the membrane or the foil is a means for removing, destroying or perforating the membrane or foil, in particular a blade or a pointed object.

A method for generating oxygen, wherein the oxygen source, the solvent, the metal-containing catalyst and the antifoaming agent are of the composition according to any one of Claims 1 until 15 and optionally the additive of the composition according to any one of Claims 16 until 18 provided and brought into contact with each other.

Use of the oxygen source, the solvent, the metal-containing catalyst and the antifoaming agent of the composition according to any one of Claims 1 until 15 and optionally the additive of the composition according to any one of Claims 16 until 18 to produce oxygen.