一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氧碘化学激光器系统集成技术，具体地说是一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法。
【背景技术】
[0002]氧碘化学激光器是将处于激发态的单重态氧(O2 (1 Δ ))的化学能，通过其与碘原子的传能反应使碘原子受激后发生激射，从而产出“激光”的装置。氧碘化学激光器是目前唯一成功运转在电子态跃迁的化学激光器，氧碘化学激光器不同于第一代的HF/HD化学激光器(波长2.7-3.4 μ m),它具有更短的波长(1.315 μ m),正好位于大气窗口。作为波长最短、同等功率等级下“杀伤力”最高的化学激光器，在材料加工、医疗技术、军事技术等方面具有良好的应用前景。
[0003]然而，氧碘化学激光器激光器也存在其不足之处，其面临的主要问题如下:(I)其原料一碱性过氧化氢溶液、氯气，在运输、存储上均存在一定程度的不便；(2)在一些应用场合，原料的补给难以有效保障或者成本巨大。
[0004]因此，因地制宜，充分利用氧碘化学激光器的生成产物，对其进行一系列的化学化工过程转化最终回到原料状态，即实现原料的现场再生，成为解决氧碘化学激光器原料补给问题的一个突破口和关键技术。
[0005]本发明从氧碘化学激光器原料补给需求出发，提出了氧碘化学激光器化学原料的电化学两步再生方法，采用该方法只需电能输入即可实现氧碘化学激光器化学原料的再生利用，对解决氧碘化学激光器的原料补给问题具有重要意义。
【发明内容】
[0006]为了解决氧碘化学激光器面临的原料补给问题，本发明采用电化学方法对氧碘化学激光器化学产物进行再生，本发明采用的技术方案如下:
[0007]—种氧碘化学激光器化学原料的再生方法，利用电化学方法将氧碘化学激光器的产物经两个电化学反应过程重新转变为原料，过程如下:
[0008]a)将氧碘化学激光器产物分离得到的氯化钾或氯化钠水溶液输入氯碱电解槽(I)的阴极侧，在氯碱电解槽(I)阳极侧输入氢氧化钾或氢氧化钠水溶液，通直流电进行电解，阳极侧氯离子失去电子被氧化为氯气并析出，阴极侧上析出氢气；
[0009]b)将上述氯碱电解槽(I)阳极侧得到的氯气经过干燥处理后存储于氯气储罐中供氧碘化学激光器使用，将阴极侧得到的氢气和氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液输入到燃料电池型反应器(2)的阳极侧；
[0010]c)在上述燃料电池反应器(2)的阴极侧通入氧气，将燃料电池反应器(2)的阴阳极与外电阻或负载相连，使得燃料电池反应器(2)对外放电，此时燃料电池反应器(2)的阳极上氢气在碱性环境下失去电子被氧化为水，阴极侧氧气和水得到电子被还原为过碱性过氧化氢溶液；[0011 ] d)将上述得到的碱性过氧化氢溶液收集到碱性过氧化氢溶液储罐中，供氧碘化学激光器使用，至此，氧碘化学激光器的产物完成了从产物到原料的再生过程。
[0012]上述过程中，步骤a)所述氯碱电解槽为工业上的常规氯碱电解槽，步骤a)所述氯碱电解槽结构包括单节电解槽、多节电解槽通过并联或者串联方式的组合。所述燃料电池反应器按压滤式结构依次由阴极集流板、阴极、隔膜、阳极、阳极集流板组合在一起构成。燃料电池反应器的隔膜为全氟磺酸膜或石棉模或玻璃纤维隔膜或无纺布，全氟磺酸膜选用杜邦公司的Naf1n系列膜,Dow公司的Dow系列膜,或者Asahi Chemical公司的Aciplex系列膜。燃料电池反应器阴极电催化活性成分为石墨粉、碳粉、碳纳米管、石墨烯或纳米金粉中的一种或多种。步骤c)中的氧气是纯氧、空气或者含有氧气与惰性气体的混合气，其来源可以外部直接供给，也可以是从氧碘化学激光器尾部分离得到。
[0013]本发明具有如下优点:
[0014](I)高度节能
[0015]一般化学化工过程，总会涉及高温或低温反应，能耗较高。本发明采用电化学方法对氧碘化学激光器所使用的化学原料进行再生，该法不论处于何种环境其转化过程严格遵守法拉第定律，有多少电量输入就产生相应计量比的物质转化，主要的损耗来自于电化学极化、且可得到很好的控制，而反应温度一般接近室温，不需要额外耗能。
[0016](2)高再生利用率
[0017]本发明采用电化学方法，其反应产物无需分离，生产流程短，中间损耗低。常规的化学化工过程，生产流程长，往往一个生产过程中包含了多道分离、混合、输送等工序，这些过程中不可避免造成物料损失。
[0018](3)高原子经济性
[0019]本发明采用电化学方法，只需要输入电能，减少了只参与中间反应转化的物质的需求，直接从产物原子传化到原料的原子构成，原子经济性高。
[0020](4)低支撑保障要求
[0021]电化学再生方法是一种具有极度自给自足特性的再生方法，不仅仅需求少(只需电能)，而且还能节省能源的使用，这使得它成为实现特殊环境下氧碘化学激光器原料补给的不二之选。
【附图说明】
[0022]图1是采用本发明对氧碘化学激光器化学原料进行再生的物料流程示意图。其中，1-氯碱电解槽；2_燃料电池反应器；3_碱液罐。
[0023]图2是【具体实施方式】中所采用的碱性燃料电池反应器单元的结构示意图。
[0024]其中，21-阳极板；22_阳极电极；23_阳极室；24_隔膜；25_阴极室；26_阴极电极；27_阴极板。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0026]实施例1
[0027]选用的氯碱电解槽I为氯碱工业常规电解槽结构，即阳极为DSA电极，阴极为镍网，隔膜为杜邦公司的Naf1n膜，槽为单独的一节结构。将氧碘化学激光器反应产物经分离得到的2mol/L的氯化钾水溶液置于氯化钾储液罐，将氯化钾的水溶液输入到氯碱电解槽I阴极侧，在氯碱电解槽I的阴极侧输入2mol/L的氢氧化钾的水溶液，通直流电进行电解。电解时，阳极侧将生成氯气。将上述氯碱电解槽阳极侧得到的氯气经过干燥处理后进入氯气储罐中储存供氧碘化学激光器使用，将阴极得到的氢气和氢氧化钾的水溶液通入到一个燃料电池型反应器2的阳极侧。所使用的燃料电池反应器2的单元结构示意图如附图2所示，依次由阳极板21、阳极电极22、阳极室23、隔膜24、阴极室25、阴极电极26和阴极板27构成。该燃料电池反应器阳极板和阳极板均为石墨板雕刻加工而成，隔膜选用全氟磺酸膜，具体的说是杜邦公司的Naf1nll35，阴极电催化剂采用石墨粉。在上述燃料电池反应器2的阴极侧通入氧气，将燃料电池反应器的阴阳极与外电阻或负载相连，使得燃料电池反应器2对外放电，此时燃料电池反应器2的阳极上氢气在碱性环境下失去电子被氧化为水，阴极侧氧气和水得到电子被还原为过碱性过氧化氢溶液；将上述得到的碱性过氧化氢溶液收集到碱性过氧化氢溶液储罐中供氧碘化学激光器使用，至此，由氧碘化学激光器的产物完成了从产物到所需原料的再生过程。
【主权项】
1.一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法，其特征在于:利用电化学方法将氧碘化学激光器的产物经两个电化学反应过程重新转变为原料，过程如下: a)将氧碘化学激光器产物分离得到的氯化钾或氯化钠水溶液输入氯碱电解槽(I)的阴极侧，在氯碱电解槽(I)阳极侧输入氢氧化钾或氢氧化钠水溶液，通直流电进行电解，阳极侧氯离子失去电子被氧化为氯气并析出，阴极侧上析出氢气； b)将上述氯碱电解槽(I)阳极侧得到的氯气经过干燥处理后存储于氯气储罐中供氧碘化学激光器使用，将阴极侧得到的氢气和氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液输入到燃料电池型反应器(2)的阳极侧； c)在上述燃料电池反应器(2)的阴极侧通入氧气，将燃料电池反应器(2)的阴阳极与外电阻或负载相连，使得燃料电池反应器(2)对外放电，此时燃料电池反应器(2)的阳极上氢气在碱性环境下失去电子被氧化为水，阴极侧氧气和水得到电子被还原为过碱性过氧化氢溶液； d)将上述得到的碱性过氧化氢溶液收集到碱性过氧化氢溶液储罐中，供氧碘化学激光器使用，至此，氧碘化学激光器的产物完成了从产物到原料的再生过程。
2.根据权利要求1所述的一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法，其特征在于:步骤a)所述氯碱电解槽为工业上的常规氯碱电解槽。
3.根据权利要求1所述的一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法，其特征在于:步骤a)所述氯碱电解槽结构包括单节电解槽、多节电解槽通过并联或者串联方式的组合。
4.根据权利要求1所述的一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法，其特征在于:所述燃料电池反应器按压滤式结构依次由阴极集流板、阴极、隔膜、阳极、阳极集流板组合在一起构成。
5.根据权利要求4所述的一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法，其特征在于:燃料电池反应器的隔膜为全氟磺酸膜或石棉模或玻璃纤维隔膜或无纺布。
6.根据权利要求5所述的一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法,其特征在于:全氟磺酸膜选用杜邦公司的Naf1n系列膜,Dow公司的Dow系列膜,或者Asahi Chemical公司的Aciplex系列膜。
7.根据权利要求4所述的一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法，其特征在于:燃料电池反应器阴极电催化活性成分为石墨粉、碳粉、碳纳米管、石墨烯或纳米金粉中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法，其特征在于:步骤c)中的氧气是纯氧、空气或者含有氧气与惰性气体的混合气，其来源可以外部直接供给，也可以是从氧碘化学激光器尾部分离得到。
【专利摘要】本发明涉及一种氧碘化学激光器化学原料的再生方法。该方法将电解技术和燃料电池技术结合，使氧碘化学激光器的产物—氯化钾或氯化钠的水溶液和氧经两步转化后得到了氧碘化学激光器所需的化学原料—氯气和碱性过氧化氢溶液，实现了氧碘化学激光器化学原料的再生。本发明适用于氧碘化学激光器化学原料的现场再生和重复利用。
【IPC分类】C25B5-00, C25B1-46
【公开号】CN104711633
【申请号】CN201310690890
【发明人】柯长春, 陈文武, 刘宇时, 许晓波, 王景龙, 吕国盛
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月13日