Способ получения кислорода

 

Использование: получение автономных источников кислорода. Сущность изобретения: в раствор H₂O₂ с концентрацией не более 5 мас.% вводят Na₂CO₃ в молярном отношении H₂O₂: Na₂CO₃, не более 1,5 вводят формованный в блок катализатор, содержащий MnO₂ и KCIO₄. Время выхода генерации на режим не более 6 мин, время замедления генерации не менее 15 мин, непроизводительные потери кислорода 6 - 14%. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к способам генерации газов, в частности к химической генерации кислорода в системах, требующих компактного автономного источника кислорода, например, в медицине, в рыбной промышленности для обогащения воды кислородом при перевозке рыбы, в сельском хозяйстве для проращивания в емкостях семян и т.д.

Известны способы получения кислорода за счет разложения растворов, содержащих пероксид водорода, под действием формованного в единый блок диоксида марганца [1] Выделение кислорода начинается сразу при погружении катализатора в раствор.

Способ позволяет регулировать газовый поток, при удалении катализатора из раствора генерация газа прекращается. Главный недостаток способа состоит в том, что за счет блокирования поверхности катализатора пузырьками газа интенсивность газового потока быстро падает. Восстановление активных центров на поверхности каталитического блока обеспечивается специальными приспособлениями (вибратором, щеткой или нагревателем). Приведение в действие приспособлений, активирующих катализатор, требует подвода энергии, что сужает области использования способа.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ получения кислорода при разложении водных растворов пероксида водорода в присутствии диоксида марганца, сформованного в единый блок, с малорастворимой добавкой перхлората калия [2] Стабильность газового потока обеспечивается за счет обновления поверхности катализатора и постепенного добавления в раствор диоксида марганца при медленном растворении добавки, подведение дополнительной энергии для активации катализатора не требуется. Кислород начинает выделяться при погружении каталитического блока в раствор пероксида водорода. Способ допускает регулирование газового потока. Главный недостаток способа непроизводительные потери кислорода за счет относительно медленного выхода генерации на режим и значительного времени ее замедления.

Изобретение решает задачу снижения непроизводительных потерь кислорода за счет сокращения времени выхода процесса на режим и времени замедления процесса.

Это достигается тем, что разложение раствора пероксида водорода под действием каталитического блока, состоящего из диоксида марганца и малорастворимого вещества, проводится в присутствии карбоната натрия. Изобретение позволяет в несколько раз сократить время выхода процесса на режим и время замедления генерации, тем самым снизить непроизводительные потери кислорода. Максимальное снижение непроизводительных расходов кислорода, по сравнению с прототипом, достигается при использовании кислородвыделяющих растворов с мольным отношением карбоната натрия к пероксиду водорода, близким к мольному отношению компонентов в растворе пероксольвата карбоната натрия Na₂CO₃ х х1,5H₂O₂ при содержании H₂O₂ не более 5% П р и м е р 1. На чертеже изображен компактный генератор, включающий реакционный сосуд 1 емкостью 300 см³, каталитический блок 2, отверстие 3 для выхода газа и загрузочное отверстие с крышкой 4 и держателем каталитического блока 5. Каталитический блок 2 закрепляют в держателе 5, устроенном так, что рабочей поверхностью является только торцевая часть каталитического блока 2 (поверхность составляет 1,81 см²).

Объем выделяющегося через отверстие 3 кислорода измеряют газовой бюреткой. За начало отсчета принято время погружения каталитического блока 2 в раствор. Разложение раствора кислородоносителя проводят при 20^оС.

Время выхода процесса генерации на режим определялось временем достижения скорости генерации кислорода, составляющей не менее 70% от средней; время замедления генерации время генерации кислорода (в конце процесса) с интенсивностью газового потока менее 70% от средней. Непроизводительные потери кислорода определялись объемом кислорода (в относительно общего объема), выделяющимся при интенсивности газового потока менее 70% от средней. Средняя интенсивность (скорость) газового потока определялась по формуле V_общ/t, где V_общ общий объем выделенного кислорода, см³, t время полного разложения кислородоносителя в растворе, мин.

В опытах 1-5 (табл. 1) в реакционном сосуде 2 смешивают водные растворы карбоната натрия и пероксида водорода, погружают каталитический блок. Общий вес раствора 132 г. Содержание пероксида водорода в растворе 3% Каталитический блок содержал 2,5% пероксида марганца.

Опыт 6 (табл. 1) отличается от опытов 1-5 тем, что в реакционный сосуд 2 помещался раствор пероксосольвата карбоната натрия, приготовленный растворением (t20^оС) при активном перемешивании в течение 15 мин гранулированного пероксольвата карбоната натрия (техническое название "Персоль"). В процессе приготовления раствора потери кислорода составляют около 5% В опыте 7 (табл. 1) в качестве кислородоносителя использовался пероксосольват карбоната натрия марки "технический". Для снижения потерь кислорода при медленном растворении гранул пероксосольвата раствор предварительно не готовился. Гранулы помещались в реакционный сосуд 2, добавлялась вода, погружался каталитический блок. Общий вес раствора 132 г. Каталитический блок содержал 2,5% пероксида марганца.

Как следует из табл. 1, введение карбоната натрия в растворы пероксида водорода позволяет значительно уменьшить время выхода процесса генерации на режим и время замедления реакции. Максимальное снижение (вдвое) непроизводительных расходов кислорода достигается при мольном отношении карбоната натрия к пероксиду водорода в растворе, соответствующем отношению этих компонентов в растворе пероксосольвата карбоната натрия Na₂CO₃ ˙ 1,5H₂O₂ и составляет 1: 1,5. Увеличение содержания карбоната натрия в растворе более 6,2% не приводит к улучшению характеристик процесса, более того, при содержании карбоната натрия в исходном растворе более 9% непроизводительные потери кислорода увеличиваются (табл. 1, опыт 5).

Как видно из опытов 6 и 7, при использовании в качестве кислородоносителей растворов пероксосольвата карбоната натрия непроизводительные потери кислорода в несколько раз выше, чем при использовании растворов пероксида водорода с добавками карбоната натрия (оп. 1-5, табл. 1).

П р и м е р 2. Условия проведения опытов не отличаются от условий проведения опытов 1-5, описанных в примере 1. Исследовались растворы с концентрацией по пероксиду водорода 3,5 и 10% и отношением компонентов Na₂CO₃:H₂O₂ 1: 1,5. Каталитический блок содержал 2,5% пероксида марганца.

Для сравнения во всех случаях в идентичных условиях проводились опыты по разложению растворов пероксида водорода, не содержащих карбонат натрия.

Результаты приведены в табл. 2.

Как следует из табл. 2, при создании в растворе оптимального мольного отношения между карбонатом натрия и пероксидом водорода 1:1,5, в случае 3 и 5%-ных растворов непроизводительные потери кислорода сокращаются вдвое. Введение карбоната натрия в более концентрированные растворы по пероксиду водорода, например 10%-ный (табл. 2), неэффективно: увеличивается время замедления генерации, возрастают непроизводительные потери кислорода. Связано это, по-видимому, с блокированием каталитических центров малорастворимым пероксосольватом карбоната натрия, выпадающим в осадок в значительных количествах в растворах с концентрацией по пероксиду водорода выше 5% П р и м е р 3. Условия проведения опытов не отличаются от условий, описанных в примере 1 (оп. 1-5). Разложение растворов проводилось в присутствии каталитических блоков разного состава.

В табл. 3 представлены характеристики процесса генерации кислорода при использовании разных составов катализатора.

Для сравнения приведены результаты опытов по разложению растворов H₂O₂, не содержащих Na₂CO₃, проводимых в идентичных условиях.

Как следует из табл. 3, введение карбоната натрия в кислородвыделяющие растворы эффективно снижает непроизводительные потери кислорода при использовании каталитических блоков разного состава. Составом каталитического блока можно менять характеристики газового потока.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА, включающий разложение раствора пероксида водорода при введении в него формованного в блок катализатора, содержащего диоксид марганца и перхлорат калия, отличающийся тем, что берут раствор пероксида водорода с концентрацией не более 5 мас. и дополнительно вводят в него карбонат натрия в молярном отношении Н₂О₂ Na₂CO₃, не превышающем 1,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3