高纯氧的制备主要有两种途径:一种是以空气中游离态氧为资源,经液化分镏制取,还有水解氧(电解法),目前各类行业中现行使用贮存在高压氧气瓶中的高纯氧、绝大多数都属这种类型;另一类则是以天然或人工合成的固体、液体化合物为原料,应用不同的技术分离其中的固态氧,通常也称为化学氧。根据存在形态的不同,将以气态储存的氧称为气体氧,以液态储存的氧称为液体氧,而以固态储存(分离前呈固态)、用氧时,气固分离的高氧功能材料称为固体氧。

    自然界中固体氧资源极为丰富,天然或人工合成的化合物中, 80% 以上都含有氧原子,如各类氧化物、过氧化物、超氧化物及各种含氧酸盐等等,这些固体化合物中的含氧量有的约占重量 20% 多,有的则高达 70% 多,甚至更高。从第二次世界大战开始,科学研究人员对在水和非水介质中氧分子电化学还原和氧分子离子性质的研究已经开始引起了足够的重视,对化合态氧的研究与开发逐渐发展起来,这种研究也推动了无机化学中过氧化物、超氧化物的发展进程。随着科学技术的发展与进步,对这种高氧材料进行氧分离方面的技术也在不断进行深入的研究与开发。为许多特殊环境条件下解决了供氧问题。世界上很多技术比较发达的国家都拥有专门从事该项技术研究与开发的队伍。

    中国对固体氧功能材料的研制在世界上属较早的国家之一,早在二十世纪六十年代末,我们就开始进行了固体氧功能材料的研制,为中国在高氧盐制氧领域奠定了基 础。八十年代末,受原煤炭部有关部门和单位的委托,又成功的为我国化学氧自救器研制了初期固体供氧装置。(现已被定为矿用化学氧自救器必配的初期供氧装置)。并为多家研究机构和企业提供了该项技术。

固体氧性能与特点主要体现在下述方面:

安全性好: 固体氧制氧功能材料使用前呈固态,使用时气固分离,经测试 120℃以下不会反应,任何振动和碰撞都不会发生危险。

重量轻、体积小: 一般体系的固体氧功能材料含氧密度约为 0.3 ~ 0.35 升 / 克, 1 公斤的药剂含活性氧 300 多升,比重为 1.8 ~ 1.9 克 /cm3, 具有很好的重量与体积优势。 显然易见,固体氧可为很多特殊环境提供小体积、小重量的供氧装置,对于狭窄环境和轻便要求的动力机械设备供氧,具有非常重要的意义。

贮存期长: 固体氧装置一般可存放 5年以上(无须任何修理)。

启动简单: 固体氧作为特殊环境下最为有效的应急供氧,一个显著的特点就是它的启动方式非常方便,国内外普遍使用底火式启动,只要拉动击发系统装置即可放氧。我们通过研究,采用压电陶瓷作为启动能源、只要轻轻触动“按钮”,或用拉绳即可启动放氧,这种方式无需任何外部的能源条件,在任何环境下,即可简单启动。而气态高压氧气瓶虽然可贮存廉价的氧气,但它释放氧气的装置却很复杂,操作麻烦。因此在很多的紧急状态下不能使用。

    固体氧主要是根据很多化合物热反应分解氧的机理制取高纯氧,一般的高氧盐分解温度都在 300 ~ 600 ℃左右,这对于装配中的材料要求很高,对周围的辐射热量也很大,因此大多数均采用催化分解的方法,降低分解温度,考虑到反应过程的热稳定性(反应温度过低会影响药剂的热稳定性,导致不安全因素)。我们研制的催化剂和选用的反应体系中的各种成份性质,将固体氧反应温度控制在 200 ℃至 300 ℃左右,即保证体系的热稳定性,又较好的控制了系统反应热。我们目前采用的药剂体系,比重大约为 1.8g/cm 3 左右 , 氧密度约为 0.3 ~ 0.32 升 / 克(药剂), 1 公斤的药剂可含活性氧 300 多升, 加上包装壳体约为 1.8 ~ 2 公斤左右, 1000 升左右的固体氧装置,总重量不到 7 公斤。

    由于固体氧重量、体积、放氧量、贮存期、安全、可靠等方面的优势。因此非常适合于许许多多特殊环境条件下的供氧,很多国家已经将这种固体氧应用在航空、航天、高空及海底的作业、矿山自救、战地救护、国防军事 旅游、科学考察 等方面。

    随着科学技术的发展,氧的应用范围日益扩大,从人类呼吸到工业用氧 , 气态或液态氧已远远不能满足很多特殊环境的要求 , 固体氧将以其某些独特的优势发挥其重要的作用。


 
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