專利名稱：一種用微波加熱氧燭制氧的方法及氧燭和微波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制氧方法，特別是關(guān)于一種用微波加熱氧燭制氧的方法及氧燭和微波裝置。
背景技術(shù)：
從40年代開始至今，使用以氯酸鹽為基本原料的氧燭進(jìn)行供氧的方法在西方得到了廣泛應(yīng)用。氧燭按照用途可分為兩類一類為啟動(dòng)型氧燭，用于超氧化物型自救逃生器的啟動(dòng)裝置，該啟動(dòng)型氧燭工作時(shí)間短、產(chǎn)氧量少，一般只工作1分鐘，產(chǎn)生約6升標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的氧氣；另一類為多人呼吸用氧源氧燭，工作時(shí)間長，產(chǎn)氧量在2000升以上。
目前，提高氧燭產(chǎn)氧量的途徑主要有兩條(1)使用含氧量高的氯酸鹽，提高燭體中的氧密度。如“和平號(hào)”軌道空間站使用的氧燭是以高氯酸鋰為原料。(2)通過尋找催化劑，降低氯酸鹽分解溫度，從而減少燭體中燃料的使用量，提高氯酸鹽的含量。
在1970年，E.S.Freeman和W.K.Rudloff通過大量的研究發(fā)現(xiàn)，過渡金屬氧化物，特別是具有P型半導(dǎo)體性質(zhì)的過渡金屬氧化物，對氯酸鹽分解有很好的催化作用。T.Wydeven通過系統(tǒng)研究NaClO3的催化分解，也證實(shí)了類似的觀點(diǎn)。氧燭反應(yīng)的分解溫度得以降低，減少了燭體中燃料的含量。1972年，美國專利提出采用Fe2O3、Cu2O等為催化劑，但工作溫度高、產(chǎn)氧量低的缺點(diǎn)未能從根本上克服。
1978年，美國專利第4,073,741號(hào)又提出了用CoO或Co3O4作催化劑，同時(shí)使用少量的玻璃纖維作為增強(qiáng)劑的氧燭。這種氧燭的分解溫度較低。但玻璃纖維容易成團(tuán)，引入后給加工成型造成困難。
1989年，我國青海鹽湖研究所申請的發(fā)明專利CN89100611.7，使用Co2O3或Co2O3與MnO2的混合物作為NaClO3分解的催化劑，加入高嶺土既作為成型劑，使用Li2O2作為除氯劑。但是，此種氧燭中催化劑及各種添加成分所占比例很大，既增加了氧燭的重量，又減少了有效含氧量，另外Co2O3及Li2O2都是比較貴的試劑，并且Li2O2國內(nèi)無法生產(chǎn)，全部依賴進(jìn)口，因此氧燭成本過高。
1993年國際專利提出多層結(jié)構(gòu)的氧燭，在開始點(diǎn)火的第一層中，催化劑及燃料含量較高，以后逐漸減少，并用堿金屬的硼酸鹽、硅酸鹽等無害物質(zhì)作為除氯劑。但是該氧燭仍具有成本高，有效含氧量低、加工復(fù)雜等不足。
綜上所述，已經(jīng)提出的有關(guān)氧燭的發(fā)明技術(shù)，為提高產(chǎn)氧量都是在催化劑的種類、氧燭的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，每一個(gè)氧燭配方中都必須含有一定比例的燃料組分來幫助氯酸鹽熱分解反應(yīng)開始及持續(xù)。但是，氧燭配方中燃料組分的存在，有下列缺點(diǎn)1、用作多人呼吸氧源的氧燭燭體的重量一般在12kg左右，產(chǎn)氧量在2～2.8m3，一旦點(diǎn)火燃料燃燒，分解過程便無法停止。為了控制氧燭產(chǎn)氧過程，不得不在氧燭制氧裝置的后面附加高壓氣瓶、氣泵、高壓閥等裝置，這樣一來，發(fā)生器體積笨重，必須固定使用，并且整個(gè)裝置的安全性、可靠性降低。2、由于燃燒時(shí)消耗部分生成的氧氣，有的甚至高達(dá)所產(chǎn)總氧量的20％，因此燃料減少了氧燭的有效氧含量。3、氧燭中金屬燃料燃燒時(shí)發(fā)煙量大，顆粒物直徑小，氧燭制氧裝置必須配備精細(xì)過濾器，而這種過濾器成本高。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用微波加熱氧燭制氧的方法及氧燭和微波裝置，其不用氧燭作燃料，可以提高氧燭的含氧量和產(chǎn)氧量，并能根據(jù)人員的需要對氧燭分解產(chǎn)氧過程進(jìn)行控制。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其包括以下步驟(1)取以下重量百分比組分氯酸鹽80～96％，敏化催化劑4～10％，抑氯劑0～6％，粘合劑0～8％，混合在一起加壓至密度為1.5～2g/cm3，制成氧燭；(2)將氧燭放入一微波裝置中連續(xù)加熱產(chǎn)生氧氣，并由設(shè)置在微波裝置上的出氣口將氧氣導(dǎo)出。
所述微波裝置的頻率為下列波段中的任一個(gè)915±25MHz、2450±50MHz、5800±75MHz、22125±125MHz。
所述敏化催化劑包括氧化鈷、氧化銅、氧化鎳、三氧化二鈷、三氧化二鎳中的一種或一種以上的混合。
所述敏化催化劑包括氧化鈷、氧化銅、氧化鎳、三氧化二鈷、三氧化二鎳中的一種或一種以上的混合。
所述抑氯劑為堿金屬過氧化物或堿金屬超氧化物。
所述抑氯劑為氧化鋇、過氧化鋇、過氧化鈉、超氧化鈉。
所述粘合劑為高嶺土或凹凸棒土。
一種用微波加熱氧燭制氧的氧燭，其特征在于由以下重量百分比組分氯酸鹽80～96％，敏化催化劑4～10％，抑氯劑0～6％，粘合劑0～8％，混合在一起加壓至密度為1.5～2g/cm3，制作而成。
所述敏化催化劑包括氧化鈷、氧化銅、氧化鎳、三氧化二鈷、三氧化二鎳中的一種或一種以上的混合。
所述抑氯劑為堿金屬過氧化物或堿金屬超氧化物。
所述抑氯劑為氧化鋇、過氧化鋇、過氧化鈉、超氧化鈉。
所述粘合劑為高嶺土、凹凸棒土。
一種用微波加熱氧燭制氧的裝置，其特征在于它包括一箱體，在箱體上連接有一微波饋能口，一紅外溫度儀，一加熱控制箱，一放置氧燭的托盤設(shè)置在所述箱體內(nèi)，在所述箱體上設(shè)置一氧氣出口。
所述裝置還包括一罩設(shè)在所述氧燭上的石英瓶，所述石英瓶頂部設(shè)置一連接所述氧氣出口的氧氣導(dǎo)管。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明方法將微波加熱引入氧燭制氧領(lǐng)域，不但替代了傳統(tǒng)氧燭中燃料加熱的方式，而且對氧燭的結(jié)構(gòu)方式、加工工藝、可控性、雜質(zhì)過濾等都帶來了根本的變化。2、本發(fā)明采用外載的微波加熱取代現(xiàn)有技術(shù)中氧燭內(nèi)置燃料加熱的方法，使產(chǎn)氧過程不需要燃料的引燃、助燃作用，使氧燭在整體結(jié)構(gòu)上不再是包含點(diǎn)火層、引火層和主體層等不同配比的多層結(jié)構(gòu)，而變?yōu)橥浔鹊慕y(tǒng)一結(jié)構(gòu)，因而簡化了氧燭的生產(chǎn)工藝，大大降低了氧燭的生產(chǎn)成本。3、本發(fā)明氧燭的加熱、分解產(chǎn)氧過程可以通過微波的啟、停實(shí)現(xiàn)控制，一旦關(guān)停微波源，氧燭失去微波加熱后，自身的反應(yīng)熱不足以維持反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)氧過程中止；如若需要再次制氧，則再次啟動(dòng)微波源，對氧燭進(jìn)行加熱，使產(chǎn)氧反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了控制產(chǎn)氧過程的目的，克服了傳統(tǒng)氧燭一經(jīng)點(diǎn)燃就不能中途停止的局限性。4、本發(fā)明由于去掉了燃料組分，使氯酸鹽含量得以提高，進(jìn)而提高了氧燭的含氧量；同時(shí)本發(fā)明由于沒有燃料，節(jié)省了因燃料燃燒而消耗的氧氣，從而有效地提高了產(chǎn)氧量。5、本發(fā)明利用微波加熱作用取代現(xiàn)有技術(shù)中氧燭所含有的燃料成分，因此氧燭不再需要雷管等點(diǎn)火裝置，提高了生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)冗^程中的安全性。6、本發(fā)明方法使用的制氧裝置簡單、輕巧，在空氣環(huán)境控制和生存保障控制技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。


圖1是本發(fā)明微波加熱裝置示意2是微波加熱氧燭制氧的一種試驗(yàn)臺(tái)原理示意圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明一種用微波加熱氧燭制氧的方法包括以下步驟1、取以下重量百分比組分氯酸鹽80～96％，敏化催化劑4～10％，抑氯劑0～6％，粘合劑0～8％，混合在一起加壓至密度為1.5～2g/cm3，制成氧燭；2、將氧燭放入一微波裝置中連續(xù)加熱產(chǎn)生氧氣，并由設(shè)置在微波裝置上的出氣口將氧氣導(dǎo)出。
由上述制氧方法可以看出實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法需要一種專用的氧燭和一種專用的微波加熱裝置。
本發(fā)明的氧燭是將既能強(qiáng)烈吸收微波能量，又能對氯酸鹽熱分解反應(yīng)有催化作用的敏化催化劑，如氧化鈷(CoO)、氧化銅(CuO)、高氧化鈷(Co2O3)、二氧化錳(MnO2)等，與氯酸鹽混合制成；氧燭的具體重量百分比為氯酸鹽80～96％，敏化催化劑4～10％，抑氯劑0～6％，粘合劑0～8％，將上述組份混合在一起加壓至密度為1.5～2g/cm3制成。氧燭可以是各種形狀，一般是圓柱形。當(dāng)氧燭體積較大或密度較大時(shí)，為了防止氧燭在分解過程中因熱應(yīng)力作用而發(fā)生分裂、崩塌現(xiàn)象，需要在氧燭中加入起加固、粘合作用的粘合劑，最常用的如高嶺土。為防止氯酸鹽在分解產(chǎn)氧過程中因含有雜質(zhì)或局部反應(yīng)溫度過高等原因而產(chǎn)生氯氣，在氧燭中往往需要加入少量消除氯氣的抑氯劑，如氧化鋇(BaO)、過氧化鋇(Ba2O2)、過氧化鈉(Na2O2)、超氧化鈉(NaO2)等。
本發(fā)明的微波加熱裝置(如圖1所示)包括一箱體1，在箱體1上設(shè)置一能將微波能輸入加熱腔的微波饋能口2，一紅外溫度儀3，一加熱控制箱4、一氧燭5放置在一托盤6上，在箱體1上設(shè)置一中空的金屬波導(dǎo)管作為氧氣出口7，可以通過導(dǎo)管將產(chǎn)生的氧氣導(dǎo)出。還可以在氧燭5上罩設(shè)一石英瓶11，在石英瓶11頂部設(shè)置一氧氣硅膠導(dǎo)管8將氧氣從氧氣出口7導(dǎo)出。使用時(shí)可以根據(jù)需要設(shè)置加熱溫度，通過紅外溫度儀3測溫并傳感至加熱控制箱4，控制加熱溫度。在箱體1的箱門9上還可以設(shè)置一觀察窗10，以方便了解加熱情況。
上述微波加熱裝置加熱控制原理與現(xiàn)有微波爐相同，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有一不同之處是應(yīng)設(shè)有氧氣專用出口，用來將氧燭加熱之后制得的氧氣導(dǎo)出。微波加熱裝置的微波頻率為下列波段的任一個(gè)915±25MHz、2450±50MHz、5800±75MHz、22125±125MHz。氧氣出口的作法是在爐壁上開孔，并用金屬波導(dǎo)管從微波加熱腔內(nèi)穿過壁孔到外部空間，作為氧氣出口的通道。金屬波導(dǎo)管與爐壁之間采用焊接相連。為防止微波通過金屬波導(dǎo)管外泄，威脅使用者的健康，金屬波導(dǎo)管的長度應(yīng)保證微波裝置開機(jī)后在波導(dǎo)管末端測得的微波功率低于國家安全標(biāo)準(zhǔn)50μw。
使用時(shí)，啟動(dòng)微波源，氧燭中的敏化催化劑因強(qiáng)烈吸收微波能量而迅速升溫，形成氧燭中一個(gè)個(gè)內(nèi)熱源，帶動(dòng)氧燭整體升溫；同時(shí)敏化催化劑對氯酸鹽產(chǎn)生催化作用，促使氯酸鹽升溫到分解溫度，發(fā)生熱分解，產(chǎn)生氧氣。氯酸鹽的分解溫度根據(jù)是否有催化劑，以及催化劑種類的不同而不同，如氯酸鈉在伴有氧化鈷催化作用下的分解溫度在250～300℃。伴隨氧氣產(chǎn)生的雜質(zhì)氣體種類和含量也根據(jù)敏化催化劑的種類和含量不同而有所不同。
下面是不同敏化催化劑在微波場中的催化性能列表表1不同催化劑在微波場中的催化性能(催化劑重量百分?jǐn)?shù)均為4％)

注1“+”表示超出所用儀表的量程上限。
注2所用試劑均為分析純級。
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在微波場中氧化鈷、高氧化鈷和氧化銅產(chǎn)生的雜質(zhì)相對較少。
表2不同氧化銅含量在微波場中的催化性能

注1“+”表示超出所用儀表的量程上限?！?”表示低于所用儀表的量程下限。
注2所用試劑均為分析純級。
從試驗(yàn)結(jié)果來看，氧化銅含量在7％時(shí)的雜質(zhì)產(chǎn)生量最少；小于7％，一氧化碳產(chǎn)生量較高，氯氣較少。大于7％后，抑制了一氧化碳的生成，但是增加了氯氣的產(chǎn)生量。氧化銅含量的多少對二氧化碳的產(chǎn)生量幾乎沒有影響。
本發(fā)明配方的特點(diǎn)是不含任何純金屬成分，如鐵粉(Fe)，鎂粉(Mg)，鋁粉(Al)。
本發(fā)明利用微波將氧燭加熱催化到分解的時(shí)間隨微波裝置中微波管功率、微波頻率、所加熱氧燭的質(zhì)量和形狀、氧燭配方的不同而不同。發(fā)明人曾對氧燭質(zhì)量、氧燭配方與微波加熱時(shí)間的關(guān)系作了大量測試工作。下面詳細(xì)加以描述
如圖2所示，測試時(shí)，將微波裝置的氧氣出口7的末端通過管路連接一過濾器12，再通過管路連接一設(shè)置在水箱15中的集氣瓶14，同時(shí)在過濾器12和集氣瓶14之間的管路上設(shè)置一氧氣濃度儀13。
實(shí)施例1一臺(tái)配有功率750W微波管的微波裝置(微波管是將電能轉(zhuǎn)化為微波能的器件。因有轉(zhuǎn)化效率，所以微波裝置功率大于微波管功率)，微波頻率為2450±50MHz；氧燭重量為20g，圓柱型，直徑25mm，高度25mm，密度1.6g/cm3。氧燭配方(重量百分比)氯酸鈉(NaClO3)86％，過氧化鋇(BaO2)4％，微米級氧化銅(CuO)10％。氧燭在微波中從開始吸收微波能量被加熱到發(fā)生熱分解產(chǎn)氧的時(shí)間為81s。
實(shí)施例2一臺(tái)配有功率為750W微波管的微波裝置，微波頻率為2450±50MHz，氧燭重量20g，直徑25mm，高度25mm，密度1.6g/cm3。氧燭配方(重量百分比)氯酸鈉(NaClO3)80％，過氧化鋇6％(Ba2O2)，微米氧化銅(CuO)10％，高嶺土4％。氧燭從開始吸收微波能量被加熱到發(fā)生熱分解產(chǎn)氧的時(shí)間為68s。顯然，作為粘合劑的高嶺土的存在縮短了微波作用時(shí)間。
實(shí)施例3為了加大微波功率，縮短作用時(shí)間，使整個(gè)加熱器的微波場強(qiáng)度均勻，可以設(shè)置一臺(tái)配有兩個(gè)功率為1500W微波管的微波裝置，微波頻率為2450±50MHz，氧燭重量200g，加壓制成圓柱型，直徑50mm，高度50mm，密度2g/cm3。氧燭配方(重量百分比)氯酸鈉(NaClO3)89％，納米級氧化銅(CuO)7％，過氧化鈉(Na2O2)4％。氧燭從開始吸收微波能量被加熱到發(fā)生熱分解產(chǎn)氧的時(shí)間為55s。
實(shí)施例4一臺(tái)配有兩個(gè)功率1500W微波管的微波裝置，微波頻率為2450±50MHz，氧燭重量200g，加壓制成圓柱型，直徑50mm，高度50mm，密度2g/cm3。氧燭配方(重量百分比)氯酸鈉(NaClO3)81％，微米級氧化鈷(CoO)8％，過氧化鈉(Na2O2)3％，高嶺土8％。氧燭從開始吸收微波能量被加熱到發(fā)生熱分解產(chǎn)氧的時(shí)間為129s。
實(shí)施例5一臺(tái)配有兩個(gè)功率1500W微波管的微波裝置，微波頻率為2450±50MHz，氧燭重量200g，加壓制成圓柱型，直徑50mm，高度50mm，密度2g/cm3。氧燭配方(重量百分比)氯酸鈉(NaClO3)96％，納米級氧化銅(CuO)4％。氧燭從開始吸收微波能量被加熱到發(fā)生熱分解產(chǎn)氧的時(shí)間為99s。
權(quán)利要求
1.一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其包括以下步驟(1)取以下重量百分比組分氯酸鹽80～96％，敏化催化劑4～10％，抑氯劑0～6％，粘合劑0～8％，混合在一起加壓至密度為1.5～2g/cm3，制成氧燭；(2)將氧燭放入一微波裝置中連續(xù)加熱產(chǎn)生氧氣，并由設(shè)置在微波裝置上的出氣口將氧氣導(dǎo)出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其特征在于所述微波裝置的頻率為下列波段中的任一個(gè)915±25MHz、2450±50MHz、5800±75MHz、22125±125MHz。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其特征在于所述敏化催化劑包括氧化鈷、氧化銅、氧化鎳、三氧化二鈷、三氧化二鎳中的一種或一種以上的混合。
4.如權(quán)利要求2所述的一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其特征在于所述敏化催化劑包括氧化鈷、氧化銅、氧化鎳、三氧化二鈷、三氧化二鎳中的一種或一種以上的混合。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其特征在于所述抑氯劑為堿金屬過氧化物或堿金屬超氧化物。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其特征在于所述抑氯劑為氧化鋇、過氧化鋇、過氧化鈉、超氧化鈉。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其特征在于所述粘合劑為高嶺土或凹凸棒土。
8.如權(quán)利要求5所述的一種用微波加熱氧燭制氧的方法，其特征在于所述粘合劑為高嶺土或凹凸棒土。
9.一種用微波加熱氧燭制氧的氧燭，其特征在于由以下重量百分比組分氯酸鹽80～96％，敏化催化劑4～10％，抑氯劑0～6％，粘合劑0～8％，混合在一起加壓至密度為1.5～2g/cm3，制作而成。
10.如權(quán)利要求9所述的一種用微波加熱氧燭制氧的氧燭，其特征在于所述敏化催化劑包括氧化鈷、氧化銅、氧化鎳、三氧化二鈷、三氧化二鎳中的一種或一種以上的混合。
11.如權(quán)利要求9或10所述的一種用微波加熱氧燭制氧的氧燭，其特征在于所述抑氯劑為堿金屬過氧化物或堿金屬超氧化物。
12.如權(quán)利要求11所述的一種用微波加熱氧燭制氧的氧燭，其特征在于所述抑氯劑為氧化鋇、過氧化鋇、過氧化鈉、超氧化鈉。
13.如權(quán)利要求9或10和12所述的一種用微波加熱氧燭制氧的氧燭，其特征在于所述粘合劑為高嶺土、凹凸棒土。
14.如權(quán)利要求11所述的一種用微波加熱氧燭制氧的氧燭，其特征在于所述粘合劑為高嶺土、凹凸棒土。
15.一種用微波加熱氧燭制氧的裝置，其特征在于它包括一箱體，在箱體上連接有一微波饋能口，一紅外溫度儀，一加熱控制箱，一放置氧燭的托盤設(shè)置在所述箱體內(nèi)，在所述箱體上設(shè)置一氧氣出口。
16.如權(quán)利要求15所述的一種用微波加熱氧燭制氧的裝置，其特征在于它還包括一罩設(shè)在所述氧燭上的石英瓶，所述石英瓶頂部設(shè)置一連接所述氧氣出口的氧氣導(dǎo)管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用微波加熱氧燭制氧的方法及氧燭和微波裝置，其包括以下步驟(1)取以下重量百分比組分氯酸鹽80～96％，敏化催化劑4～10％，抑氯劑0～6％，粘合劑0～8％，混合在一起加壓至密度為1.5～2g/cm
文檔編號(hào)C01B11/00GK1962415SQ200510115869
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者韓旭 申請人:清華大學(xué)