本发明涉及一种环境酸碱度控制方法,适用于过氧化尿素制氧过程。
背景技术:
:过氧化尿素作为一种新型的制氧原料,近年来受到广大关注。因其成本可控,性能优良,溶解度高,有效氧含量高的特点,特别适合于小型家用便携制氧装置。专利cn104030251a(申请号201310368025.2)公布了一种便携制氧装置,采用无源化学制氧,装置体积小,质量轻,随时使用,操作方便,具有良好的应用前景,是民用级制氧装置的一种发展方向。过氧化尿素制氧过程,最经济合理的催化剂是过渡金属氧化物,这就要求整个制氧过程必须保持碱性环境。环境酸碱度对于制氧过程具有决定性影响,原因在于:1.环境碱性强时,过氧化尿素中含有大量有机氮,容易分解出氨气和二氧化碳,使整个制氧过程受到严重污染;2.环境酸性强时,作为催化剂的过渡金属氧化物会转化为过渡金属阳离子,失去催化活性,制氧过程无法进行完全;3.过氧化尿素制氧过程,需要弱碱性环境,并且整个制氧过程中环境酸碱度保持稳定可控。因此在过氧化尿素制氧过程中,环境酸碱度控制方法就成为整个技术的核心之一。本发明针对过氧化尿素制氧过程,创新性的提出了一种环境酸碱度控制方法,既可以满足制氧过程必须的弱碱性环境,保持制氧过程连续稳定,又可避免氨气污染,极大的完善了过氧化尿素制氧过程,并且具有成本低,便于批量生产,可靠性高的特点。技术实现要素:一种环境酸碱控制方法,适用于过氧化尿素制氧过程,其特征在于碱性物质(1)包含速效碱(11)和缓释碱(12),速效碱(11)包含速效碱有效物(111)和速效碱辅助物(112),缓释碱(12)包含缓释碱有效物(121)和缓释碱辅助物(122),碱性物质(1)整体由渗透层(2)包裹成袋状,速效碱(11)和缓释碱(12)在制氧过程开始前为固体颗粒,不与过氧化尿素接触,过氧化尿素制氧过程开始后碱性物质(1)溶解溶解,并经过渗透层(2)与过氧化尿素接触,进而控制制氧过程的环境酸碱度。过氧化尿素中包含尿素和过氧化氢,是无色透明晶体,为保证其稳定性,通常在合成时向增加一定量的酸性物质,以延长产品的有效期,因此成品过氧化尿素通常是弱酸性。与过渡金属氧化物接触后,过渡金属氧化物会催化过氧化尿素迅速分解,生成尿素,水和氧气。这就是过氧化尿素制氧过程的化学本质。过渡金属氧化物作为催化剂,其催化活性受到环境酸碱度影响。环境酸性过强会使过渡金属氧化物变成过渡金属盐,活性大大降低,甚至可能被过氧化氢还原,失去催化活性。然而,环境碱性随可以保证过氧化尿素制氧过程进行,但是随着过氧化尿素制氧过程,环境内会生成大量尿素尿,尿素在环境碱性过强时,很容易分解为二氧化碳,氨气和水,氨气有浓烈的刺鼻味道,使制氧过程被污染,氧气不可直接使用。因此,在过氧化尿素制氧过程中,对于环境酸碱度精细化控制,是整个制氧过程的核心要素。过氧化尿素制氧过程,合理的环境酸碱度,与采用的过渡金属氧化物和环境温度相关,两者缺一不可。通常控制环境酸碱度范围在ph5.5~8.5。过氧化尿素中的酸性物质,在制氧过程中会逐步释放,进入环境,必然使环境酸碱度改变,为了维持合理的环境酸碱度范围,必须有相应的碱性物质(1)释放机制,以消除过氧化尿素中酸性物质的影响。本发明将碱性物质(1)分为速效碱(11)和缓释碱(12)。速效碱(11)可以迅速溶解,产生碱性环境,使过氧化尿素制氧过程启动。缓释碱(12)溶解速率低,随过氧尿素制氧过程缓慢释放,用于维持环境酸碱度稳定。此技术的优点在于:1.采用常见无机碱作为碱性物质(1),成本低,来源广泛,可以针对不同过渡金属氧化物和环境温度进行调节。2.速效碱有效物(111)溶解性好,在速效碱辅助物(112)的作用下,可以进一步加速溶解,使过氧化尿素制氧过程迅速启动。3.缓释碱有效物(121)在缓释碱辅助物(122)作用下,在过氧化尿素制氧过程中逐步溶解,维持环境酸碱度,避免产生剧烈环境酸碱度波动,防止尿素分解产生氨气。4.碱性物质(1)本身为颗粒,由渗透层(2)包裹成袋状,在过氧化尿素制氧过程启动前可以有效与过氧化尿素隔离,避免碱性物质(1)提前接触过氧化尿素中的酸性物质,便于长期有效保存,制氧过程开始后,碱性物质(1)溶解并通过渗透层(2),在制氧过程中发挥作用。过氧化尿素的分解过程具体化学过程为:ch2o3(nh2)2→co(nh2)2+h2o2↑过渡金属氧化物的催化作用,以锰的氧化物为例为例,其催化过程为:mno(oh)+h2o2→mn2++o2↑+h2o+oh-mn2++h2o2+oh-→mno(oh)显而易见,催化过程需要在碱性环境下进行。但是过氧化尿素为保持稳定含有酸性物质,以水杨酸为例,酸性物质在环境中释放过成为:c7h6o3→c7h5o3-+h+随着过氧化尿素制氧过程进行,会不断释放水杨酸,使环境酸碱度发生变化,当达到一定环境酸性时,锰的氧化物会被还原失去催化活性,其过程为:mno(oh)+h2o2+h+→mn2++h2o因此必须要用碱性物质(1)维持环境酸碱度,但是如果碱性过强,尿素会发生分解,其过成为:co(nh2)2+oh-+h2o→co2↑+nh3↑+oh-环境酸碱度ph过高的会强烈加速尿素分解过程,形成大量刺鼻的氨气。因此必须通过对环境酸碱度的控制,防止尿素分解。本发明根据采用的过渡金属氧化物和环境温度,调节碱性物质(1)中速效碱(11)和缓释碱(12)的比例。其中和缓释碱(12)的比例根据过氧化尿素的酸性物质含量和酸性物质种类确定。缓释碱(12)中的缓释碱辅助物(122)的含量和物质成分对于缓释碱有效物(121)的作用,对于过氧化尿素制氧过程尤其重要。缓释碱辅助物(122)的作用是调节缓释碱有效物(121)的溶解速率,缓释碱有效物(121)溶解太快,可能环境酸性太强,产生氨气;溶解太慢,可能使过渡金属氧化物催化活性降低,甚至中止过氧化尿素制氧过程。本发明中采用了多种方案测试,都可以满足对环境酸碱度的控制,制氧过程以平稳进行。本发明控制了速效碱(11)和缓释碱(12)的配比,满足对环境酸碱度的非线性控制。根据制氧过程的具体要求,控制整个制氧过程的制氧速率,可以实现制氧过程前期制氧速率快,制氧过程后期制氧速率慢,进一步增大了过氧化尿素制氧过程的可用性和可调节性。综上所述,本发明实现了过氧化尿素制氧过程的环境酸碱度的控制,重复性高,控制精准,平稳可靠,拓展了技术的应用领域,具有广阔的市场应用前景。具体实施方式:实例1过氧化尿素50g,催化剂0.5g,制氧过程控温在25-45℃,碱性物质(1)具体组成为:速效碱(11):速效碱有效物(111):氢氧化钠15%速效碱辅助物(112):预胶化淀粉40%,低取代羟丙基纤维素43%,硬脂酸镁2%;缓释碱(12):缓释碱有效物(121):碳酸钠68%缓释碱辅助物(122):预胶化淀粉30%,硬脂酸镁2%整个制氧见表1.。时间(min)温度(℃)酸碱度(ph)制氧速率(ml/min)有无氨气12610.1108无3339.1457无7458.41220无10458.5980无20418.0420无30307.50无表1.实例1-3结果通过速效碱(11)和缓释碱(12)的组合,制氧过程启动迅速,3min时即可达到正常制氧速率,并可在7-10min内达到最大制氧速率,提高制氧装置的有效性和实用性,随着制氧过程进行,环境酸碱度稳定可控,保证整个制氧过程平缓和稳定,有效防止氨气产生。实例2过氧化尿素50g,催化剂0.5g,制氧过程控温在25-45℃,碱性物质(1)具体组成为:速效碱(11):速效碱有效物(111):碳酸钠速效碱辅助物(112):无缓释碱(12):无制氧过程见表2.。时间(min)温度(℃)酸碱度(ph)制氧速率(ml/min)有无氨气12610.1108无33310.5540无745101300有10459.31100有20418.1100有30307.50有表2.实例2结果实例2的结果,作为实例1的对照,只采用与实例1等当量的碳酸钠作为速效碱(11),制氧过程产生了明显的环境酸碱度变化,制氧速率过快,并且产生了氨气,使氧气被污染,失去可用性。实例3过氧化尿素50g,催化剂0.5g,制氧过程控温在25-45℃,碱性物质(1)具体组成为:速效碱(11):无缓释碱(12):缓释碱有效物(121):碳酸钠68%缓释碱辅助物(122):预胶化淀粉30%,硬脂酸镁2%制氧过程见表3.。时间(min)温度(℃)酸碱度(ph)制氧速率(ml/min)有无氨气126850无3278.275无7337.5124无10357.5200无20377.7230无30367.2200无60327.3100无表3.实例3结果如为了避免氨气产生,只采用与实例1等当量的缓释碱,制氧过程缓慢,碱性物质(1)无法有效释放,催化剂活性差,60min以后仍没有完全结束制氧过程,制氧速率无法满足使用,制氧装置失去可用性。当前第1页12