氧气发生器以及控制氧气发生器的氧气产生速率的方法与流程

本发明涉及氧气发生器、以受控方式产生氧气的方法和装置。

背景技术：

没有氧气，人类就不能存在。然而，在许多环境中，氧气供应不足或者存在涉及缺氧的紧急情况的风险，例如在sar(搜索和救援)应用中，在潜艇中，在矿井中，在太空舱中，以及在飞机中。空气压力随着飞行高度的增加而降低，并且在许多航空器特别是远程航空器的巡航高度上，不再能够为人类提供足够的氧气。因此，航空器机舱被加压以确保足够的氧气供应。在航空器机舱突然减压的情况下，必须能够获得氧气面罩，该氧气面罩向机组人员和乘客供给氧气，直到航空器到达可获得足够氧气的飞行高度。

由这些应急系统提供的氧气典型由所谓的“氯酸盐蜡烛”(chloratecandles)或“氧烛”(oxygencandles)产生。这些化学氧气发生器含有氯酸盐或高氯酸盐作为氧源，以及各种添加剂如燃料、催化剂、粘合剂和缓和剂。氯酸盐蜡烛通常呈圆柱形棒的形式，即它们具有类似于蜡烛的形状。例如，在wo97/43210中公开了氯酸盐蜡烛。

已知的氯酸盐蜡烛需要高温，在所述高温下发生氧气产生。即，在氯酸盐蜡烛中，分解反应需要约350℃的温度来引发，并且在450-700℃的温度下释放氧气。因此，需要氯酸盐蜡烛的有效隔热，从而导致重量和尺寸代价。此外，氯酸盐和高氯酸盐的分解往往会产生有毒的副产品，特别是氯气，必须将其从氧气流中除去，因此额外增加了尺寸和重量。此外，还存在系统故障的风险。在氯酸盐蜡烛中，反应区通常为液体，即在燃点处开始时，存在穿过该蜡烛的液体区。在另外的固体蜡烛内的液体区使蜡烛显著失稳，使得机械冲击或甚至轻微的振动可能导致蜡烛部分的分离，从而中断热传递以及中止氯酸盐或高氯酸盐的分解。在这种情况下，氧气的产生可能中断，尽管仍然非常需要氧气。

不同类型的化学氧气发生器使用过氧化物作为氧源，例如过碳酸钠、过硼酸钠、或过氧化氢的脲加成物。过氧化物的分解产生氧气，并且可通过使过氧化物化合物与适当的酶或过渡金属催化剂接触来开始分解反应。此类型的化学氧气发生器公开于us2035896、wo86/02063、jps61227903、和de19602149中。

许多已知的过氧化物基氧气发生器使用水来提供过氧化物和催化剂之间的接触。遗憾的是，水在0℃时冻结，因此在0℃以下不能产生氧气，而一些应急系统必须在0℃以下运行。而且，过氧化物在水溶液中的分解可导致反应混合物的剧烈冒泡。因此，含有过氧化物基氧气产生组合物的氧气发生装置必须具有复杂的结构。

ep3323782a1中公开了一种新概念。该文献公开了从离子液体中的过氧化物产生氧气的组合物和方法。该组合物包含至少一种氧源、至少一种离子液体、和至少一种金属氧化物化合物，其中该氧源包含过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态,并且该金属氧化物化合物是一种单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属。

离子液体的使用提供明显的优点。离子液体是环保的化合物。它们在宽广的温度范围内为液体，并且表现出低至不存在的蒸气压。而且，此类液体是不易燃的，并且甚至可用作阻燃剂，这使得它们对于在飞机上的使用极具吸引力。它们的许多其它性能可通过改变其分子结构来改变。它们的高热容量使得它们能够将来自过氧化物分解为氧气的反应热消散。

ep3323782a1中公开的组合物在宽广的温度范围内(也包括低于冰点的温度)可靠且连续地产生可呼吸的氧气。产生的氧气处于低温，例如低于150℃或甚至更低。其典型不含有毒成分或其它有害成分，如氯气或一氧化碳。这些组合物能够在延长时段内并且以大的流速产生氧气，并且能够在需要时立即产生氧气。

然而，上述所有氧气产生组合物的共同之处在于它们以特定系统固有的流速产生氧气，并且一旦氧源的分解反应开始，就不能使其停止，直至所有氧源已分解。因此，可能存在这样的情况，虽然不需要氧气但仍产生氧气，然而随后，当可能再次需要氧气时，不再有任何氧气可用。此类情况在sar应用、采矿、潜艇和太空飞行应用中经常发生。如果在传统的氧气发生器中，有意或无意地中断氧气产生(如在氯酸盐氧气蜡烛中可能发生的)，则不可能重新开始氧气产生。此外，在使用者特别严重的身体紧张的阶段，临时地需要更多的氧气，但现有技术的氧气发生器不能在期望的时间段内提供增加的氧气供应。

为上述现有技术的至少一些问题提供解决方案并且提供可改变氧气产生速率(即增加或减少氧气流速)的氧气发生器将是有益的。提供一种可在不需要氧气时停止氧气产生并且在需要氧气时重新开始氧气产生的氧气发生器也是有益的。特别有益的是当氧气产生的停止和重启能够多次进行时。

此外，如果该氧气发生器能够在宽广的温度范围内(并且优选包括低于冰点的温度)可靠且连续地产生可呼吸的氧气，将是有益的。产生的氧气应处于低温，例如低于150℃或甚至更低。理想地，氧气应不含毒性成分或其它有害成分，例如氯气或一氧化碳。如果该氧气发生器能够在延长的时间段内并且以大的流速并且优选在需要时立即产生氧气也是有益的。

技术实现要素：

本发明的示例性实施方案包括一种氧气发生器，其包含产生氧气的组合物，该组合物包含氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐，和酸性化合物和/或碱性化合物，或者，如果离子液体是酸性化合物或含有酸性化合物，则产生氧气的组合物包含氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐，和碱性化合物，以及任选的另外的酸性化合物和/或另外的碱性化合物，其中该氧源包括过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，该金属氧化物化合物是一种单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，并且所述金属盐包含一种单一金属或两种或更多种不同金属，和有机阴离子和/或无机阴离子。

本发明的另外示例性实施方案包括一种控制氧气产生组合物的氧气生成速率的方法，该方法包括提供氧源，提供离子液体，提供金属氧化物和/或金属盐，通过使氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐接触产生氧气，和通过向氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐中加入酸性化合物和/或碱性化合物来改变氧气产生速率，或者，如果离子液体是酸性化合物或者含有酸性化合物，则提供氧源，提供离子液体，提供金属氧化物化合物和/或金属盐，提供碱性化合物，通过使氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐和碱性化合物接触来产生氧气，并任选地通过向氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐和碱性化合物中添加另外的酸性化合物和/或另外的碱性化合物来改变氧气产生速率，其中该氧源包含过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，该金属氧化物化合物是单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，并且所述金属盐包含一种单一金属或者两种或更多种不同金属，和有机阴离子和/或无机阴离子。

本发明的另外示例性实施方案包括一种以受控方式产生氧气的装置，该装置包括容纳产生氧气的组合物的反应室，该组合物包含由氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐组成的成分的组合，至少一个容纳酸性化合物的计量给料装置和/或至少一个容纳碱性化合物的计量给料装置，所述计量给料装置适于向反应室中引入酸性化合物和/或碱性化合物，用于维持氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐中的至少一种与其余成分物理分离的设备，用于建立氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐的物理接触的设备，以及允许氧气离开反应室的设备，或者，如果离子液体是酸性化合物或包含酸性化合物，则容纳产生氧气的组合物的反应室，该组合物包含由氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐组成的成分的组合，允许氧气离开反应室的设备，至少一个容纳碱性化合物的计量给料装置，和任选地至少一个容纳酸性化合物的计量给料装置，所述计量给料装置适于将碱性化合物和任选的酸性化合物引入反应室，其中该金属氧化物化合物是单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，并且其中该金属盐包含单一金属或两种或更多种不同金属，以及有机阴离子和/或无机阴离子，该氧源包含过氧化物，并且该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态。

本文要求保护的发明构思的技术实施方式包括：用于产生氧气的组合物，包含用于产生氧气的组合物的氧气发生器，包含用于产生氧气的组合物的氧气发生器，用于产生氧气的方法，用于控制氧气发生器的氧气产生速率的方法，和用于任选地以受控方式产生氧气的装置。

在本发明的方法中，由用于产生氧气的组合物产生氧气，并且当需要控制时，根据氧气产生速率应降低或增加、停止、开始或重新开始，通过添加酸性化合物或碱性化合物来控制氧气产生速率。

可以容易地理解，不管考虑本发明的哪种技术实施方式，产生氧气的组合物的成分都是相应的。因此，为特定实施方式提供的任何公开内容，例如组合物、氧气发生器、方法或装置，类似地适用于本发明的其它实施方式。

在本发明的意义上产生氧气的组合物、氧气发生器(包括产生氧气的组合物以及酸性化合物和/或碱性化合物)、控制氧气产生速率的方法、和产生氧气的装置是旨在产生氧气的组合物、发生器、方法或装置，而产生氧气作为副反应产物的任何组合物、发生器、方法或装置都不构成本发明意义上的组合物、发生器、方法或装置。

根据本发明示例性实施方案的产生氧气的组合物包含至少以下成分：作为氧源的过氧化物化合物，作为引发氧气释放反应的催化剂的金属氧化物化合物，和离子液体，其作为提供氧源和催化剂之间的接触以及用于消散过氧化物分解反应期间产生的热量的载体。

根据本发明的另外示例性实施方案的产生氧气的组合物包含至少以下成分：作为氧源的过氧化物化合物，作为引发氧气释放反应的催化剂的金属盐，和离子液体，其作为提供氧源和催化剂之间接触以及用于消散过氧化物分解反应期间产生的热量的载体。在示例性实施方案中，金属盐可溶于离子液体中。术语“可溶”是指特定的氧气产生组合物的金属盐的基本上全部量能够溶解在该特定组合物中使用的所述量的离子液体中。氧源:离子液体:金属盐的比率可变化，然而，由于空间限制以及出于经济原因，将离子液体的量保持合理地小是有利的。因此，对于本发明的目的，“可溶”是指至少10nmol(纳摩尔)金属盐在1g离子液体中的溶解度。在另外的示例性实施方案中，金属盐仅部分可溶或不可溶于离子液体中。典型地，该金属盐催化剂具有至少一些溶解度，即部分可溶。金属氧化物催化剂至多为部分可溶的，即溶解度小于10nmol/1g离子液体，或不可溶，即溶解度小于0.1nmol金属氧化物/1g离子液体。

过氧化物化合物如过氧化氢加成物化合物可通过以与金属盐在水溶液中类似的方式使它们与金属盐或金属氧化物化合物接触而在离子液体中分解，但没有通过水溶液中的金属盐催化的反应的缺点。本发明的示例性组合物不含任何水。特别地，离子液体中的过氧化物化合物的分解在低温下产生可呼吸的氧气，并且不需要用于氧气产生装置的庞大热绝缘体。

这可归因于使用离子液体作为提供氧源和催化剂之间接触的介质。

离子液体是液态的盐。因此，在不分解或蒸发的情况下熔化的任何盐产生离子液体。有时，认为低于水的沸点时为液体的盐是离子液体。技术上关注的特别是在相对低的温度下例如在室温或甚至低于室温下为液态的那些离子液体。

当至少在-10℃至+50℃的温度范围(在10⁵pa的标准压力下)离子化合物为液态时，认为该离子化合物是离子液体。示例性的离子液体至少在-30℃至+70℃为液态，并且另外的示例性离子液体在甚至更宽的温度范围(例如-70℃至+150℃)内为液态。

通过改变化学结构，可改变离子液体的性质并使其适应特定的需要。典型地，离子液体是热稳定的，具有宽的液体区域、高的热容量并且几乎没有蒸气压。它们大多数是不可燃的。它们甚至可用作阻燃剂。参考us2011/0073331a1，其公开了离子液体阻燃剂，并引用了公开制备方法的文献(0127段)。

如上所述，本发明中使用的离子液体应在低温下(例如低至-10℃，或低至-30℃或甚至更低)为液态。此类离子液体是由有机阳离子和有机阴离子或无机阴离子组成的盐，并且阳离子和阴离子都是庞大的(bulky)。在示例性实施方案中，它们庞大且不对称。作为一般规则，熔化温度随着阳离子和阴离子的庞大性增加和对称性降低而降低。非常庞大和不对称的阳离子和阴离子的组合在低至-120℃的温度下可能不会冻结。在-70℃及以上为液体的许多离子液体是可获得的。

合适的阳离子是例如咪唑鎓、吡咯烷鎓、铵、吡啶鎓、吡唑鎓、哌啶鎓、鏻和锍阳离子。阳离子可具有取代基或可不具有取代基。特别地，阳离子可具有一个或多个取代基，例如烷基侧链，如甲基、乙基或丁基侧链。取代基可以是对称的或不对称的。

合适的阴离子包括：例如，二甲基磷酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、三氟甲基磺酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、氯离子、溴离子、碘离子、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根和丁-3-烯酸根。在“小”阴离子如氯离子、溴离子和碘离子的情况下，可选择特别庞大的阳离子，以提供期望的低温流动性。

一些示例性离子液体为

-1-丁基-3-甲基咪唑鎓二甲基磷酸盐([bmim][po4me2])，

-1,3-二甲基咪唑鎓二甲基磷酸盐([mmim][po4me2])，

-1-丁基-3-甲基咪唑鎓乙酸盐([bmim][oac])，

-1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲基硫酸盐([emim][etso4])，

-丁-3-烯酸四乙铵([net4][but-3-enoat])，

-1,3-二甲基咪唑鎓甲基硫酸盐([mmim][meso4])，

-1-丁基-3-甲基咪唑鎓甲基硫酸盐([bmim][meso4])，

-1,1-丁基甲基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺([bmpyrr][tfsi]，

-丁基三甲基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺([me3bun][tfsi])，

-1-丁基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酸盐([bmim][otf])，

-1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙酸盐([emim][oac])，

-精氨酸四丁基铵([tba][arg])，

-三甲基铵丙烷磺酸硫酸氢盐([tmpsa][hso4])，

-1-(4-磺丁基)-3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐([sbmim][hso4])，

-甲磺酸二乙基甲基铵([net2meh][meso3])，和

-1-乙基-3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐([emim][hso4])。

[net4][丁-3-烯酸根]、[emim][oac]和[tba][arg]为碱性离子液体,和[tmpsa][hso4]、[sbmim][hso4]、[net2meh][meso3]和[emim][hso4]为酸性离子液体。

另外的离子液体可在“neueanwendungenfürionischeflüssigkeitenindertechnikundmedizintechnik”(newapplicationsforionicliquidsintechnologyandmedicaltechnology),dissertationbyf.stein,universityofrostock,germany,2014,第43页中找到。

然而，本文中可使用的离子液体没有特别限制。只要求它们在期望的温度范围内是液体并且稳定(即它们不分解)。当然，该离子液体不应与氧气生成组合物、酸性化合物和碱性化合物的任何成分反应。该离子液体可以单独使用，或者两种或更多种组合使用。因此，在示例性实施方案中，本发明使用含有一种或多种离子液体并且任选地含有另外的添加剂的离子液体配制物，所述另外的添加剂不会有害地干扰过氧化物分解反应。

作为氧源，使用过氧化物化合物，特别是固体过氧化氢加成化合物。固体过氧化氢加成化合物构成液体过氧化氢的合适且稳定的替代物，易于储存、长期稳定并且使用安全。示例性的氧源是：碱金属的过碳酸盐，例如过碳酸钠(na2co3x1.5h2o2)；碱金属的过硼酸盐，例如过硼酸钠(nabo3x4h2o,nabo3xh2o)；和脲过氧化氢(uhp)。在uhp中，脲和过氧化氢以约1:1的摩尔比存在。

过氧化物化合物没有特别限制，只要它们在通常的储存条件下是稳定的。示例性的过氧化物化合物在高温下也是稳定的，例如在火附近。过氧化物化合物可溶于或部分溶于或不溶于离子液体中。过氧化物化合物可单独使用，或者两种或更多种组合使用，即作为氧源配制物，任选地含有不会有害干扰过氧化物分解反应的另外添加剂。

在示例性实施方案中，过氧化物化合物的分解反应由金属氧化物化合物催化。合适的金属氧化物化合物是例如已知会在水溶液中催化过氧化物分解的那些。

一般而言，在包含离子液体的组合物中催化过氧化物分解的金属氧化物化合物是一种单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物。所述金属选自元素周期表第2-14族的元素。元素周期表有18个族(参见：pureandappliedchemistry，vol.60，3，431-436页)。

在示例性实施方案中，金属氧化物化合物是属于元素周期表第四周期的一种或多种金属的氧化物。在替代实施方案中，金属氧化物化合物是除了属于第四周期的一种或多种金属之外还包含属于第二和/或第三和/或第五和/或第六周期的一种或多种金属的氧化物。

在另外的示例性实施方案中，该金属氧化物化合物是属于周期表的第五和/或第六周期的一种或多种金属的氧化物。

在所有实施方案中，每种金属可以按一种单一氧化态或按不同的氧化态存在。

金属氧化物化合物可以单独使用，或者两种或更多种不同金属氧化物化合物组合使用，即可使用金属氧化物配制物，该配制物包含一种或多种金属氧化物化合物，以及任选地包含不会有害干扰过氧化物分解反应的另外添加剂。

许多金属氧化物化合物是过渡金属氧化物。

此类过渡金属氧化物可含有一种过渡金属，也可含有两种或更多种不同过渡金属。每种过渡金属可以按单一氧化态存在或者按不同氧化态存在。此外，该过渡金属氧化物可含有一种或多种非过渡金属。该过渡金属氧化物可单独使用，或以两种或更多种不同的过渡金属氧化物组合使用。

示例性过渡金属氧化物催化剂包括锰、钴、铬、银和铜的氧化物，以及铁和另一种过渡金属(如钴、铜、镍或锰)的混合氧化物，锰和另一种过渡金属(如钴、镍或铜)的混合氧化物，以及含有镍和钴的混合氧化物。

关于结构类型，可具体提及尖晶石型氧化物、钛铁矿型氧化物、和钙钛矿型氧化物。

作为催化过氧化物分解反应的示例性化合物，可提及：氧化锰(iv)(mno2)、氧化钴(ii，iii)(co3o4)、氧化铬(vi)(cro3)、氧化银(i)(ag2o)、氧化铁(ii，iii)(fe3o4)和氧化铜(ii)(cuo)，以及尖晶石型混合金属氧化物如钴铁氧化物(coxfe3-xo4，其中0≤x≤3)，例如cofe2o4、co1.5fe1.5o4和co2feo4，铜铁氧化物(cuxfe3-xo4,其中0≤x≤3)，例如cufe2o4，镍铁氧化物(nixfe3-xo4,其中0≤x≤3)，锰铁氧化物(mnxfe3-xo4,其中0≤x≤3)，铜锰氧化物，例如cu1.5mn1.5o4，钴锰氧化物，例如co2mno4，镍钴氧化物，例如nico2o4，以及钛铁矿型氧化物如镍锰氧化物，例如nimno3，或含有多于两种过渡金属的氧化物，例如lafexni1-xo3,其中0≤x≤1，或laxsr1-xmno3,其中0≤x≤1。

如本文所理解的，过渡金属是具有不完整d-壳层或者可形成具有不完整d-壳层的离子的那些元素，包括镧系元素和锕系元素。不言而喻，只能使用与过氧化氢发生氧化还原反应的氧化物。例如，氧化锌不能用作催化剂，尽管锌构成过渡金属。然而，强调金属氧化物化合物不限于过渡金属氧化物。相反，该金属氧化物化合物可为主族金属的氧化物，例如pbo2，或主族金属与过渡金属组合的氧化物，例如la0.5sr0.5mno3。

在另外的示例性实施方案中，过氧化物化合物的分解反应受金属盐催化。该金属盐包含一种单一金属或者两种或更多种不同金属，以及有机阴离子和/或无机阴离子。

在示例性实施方案中，该金属盐可溶于离子液体中，并且在另外的示例性实施方案中，该金属盐不溶于或部分溶于离子液体中。选择金属盐和离子液体使得所需量的金属盐完全溶解于所需量的离子液体中，这提供了能够以单一均质组分的形式提供金属盐和离子液体的优势。溶液是稳定的，并且即使在长期储存期间也不会发生沉淀。以均质溶液的形式提供金属盐和离子液体简化了氧气发生装置的设计，导致催化剂和离子液体的混合物的更高活性，并且进而减少了所需的催化剂的量。与含有悬浮形式的催化剂的组合物相比，另外的优点是组合物的延长的保存期。

金属盐在离子液体中的溶解行为至少大致类似于在水中的溶解行为。因此，如果需要易溶的催化剂，可使用已知易溶于水的金属盐，以及如果需要难溶的催化剂，可使用已知难溶于水的金属盐。

关于无机阴离子，已知诸如氯离子、硫酸根、碳酸根、氢氧根、和硝酸根的阴离子提供水溶性，并且关于有机阴离子，已知诸如螯合剂(即与金属形成配位络合物的阴离子)的阴离子提供水溶性。

因此，在示例性实施方案中，金属盐是选自氯化物、硫酸盐、碳酸盐、氢氧化物和硝酸盐中的至少一种。具有这些无机阴离子的金属盐通常可很好地溶解于许多离子液体中。

在另外的示例性实施方案中，金属盐是选自乙酸盐、乙酰丙酮化物、草酸盐、酒石酸盐、和柠檬酸盐中的至少一种。具有这些螯合有机阴离子的金属盐通常很好地溶于许多离子液体中。

在另外的示例性实施方案中，一部分有机阴离子或无机阴离子被氧阴离子取代，从而产生混合催化剂，即包含氧化阴离子和无机阴离子或有机阴离子的金属化合物，或甚至包含氧化阴离子、无机阴离子和有机阴离子的金属化合物。

在示例性实施方案中，该金属盐含有一种单一金属，任选以不同的氧化态，该金属选自元素周期表第5-14族和第4-6周期的金属。元素周期表有18个族和7个周期(参见：pureandappliedchemistry，1988，vol.60，no.3，431-436页)。

在另外的示例性实施方案中，该金属盐包含至少两种不同的金属，其中至少一种金属选自元素周期表第5-14族和第4-6周期的金属。

该金属盐可单独使用或者以两种或更多种不同的金属盐组合使用。所述盐可具有不同的阳离子、或不同的阴离子、或者既不同的阳离子又不同的阴离子。可以按金属盐配制物的形式提供金属盐，即催化剂可为一种单一金属盐或者两种金属盐的组合，以及任选地也可包含不会有害干扰过氧化物分解反应的添加剂。

该金属盐包含至少一种金属，该金属的氧化态允许与过氧化氢的反应，在含水反应介质中呈现碱性条件，即在催化反应期间金属经历的氧化态转变的氧化还原电位必须允许与过氧化氢的反应。

示例性的金属盐催化剂包括钒、铬、锰、铁、钴、铜、钼、钌、铱和铅的盐。示例性的氧化态是：对于钒为+2、对于铬为+3和+6、对于锰为+2和+3、对于铁为+2和+3、对于钴为+2、对于铜为+1和+2、对于钼为+6、对于钌为+3、对于铱为+3、以及对于铅为+2和+4。

作为催化过氧化物分解反应的示例性无机盐，可提及：pbcl2、crcl3、cocl2、coco3、coso4、ircl3、mncl2、vcl2、kcr(so4)2、fecl3、cucl2、和它们各自的水合物。

作为催化过氧化物分解反应的示例性有机盐，可提及：mn(oac)2、mn(oac)3、mn(acac)2、mn(草酸根)、pb(acac)2、pb(oac)2、pb3(柠檬酸根)2、pb(酒石酸根)、co(oac)2、moo2(acac)2、ru(acac)3和它们各自的水合物。oac表示乙酸根，acac表示乙酰丙酮基。

上面列出的无机盐和有机盐在许多离子液体中构成活性催化剂。

根据示例性实施方案的酸性化合物是无机酸、有机酸、酸性盐或具有酸性的离子液体。

无机酸的实例是盐酸、硫酸、硝酸和磷酸；有机酸的实例是乙酸、琥珀酸、柠檬酸和苯甲酸，酸性盐的实例是硫酸氢钠和磷酸二氢钾，并且具有酸性的离子液体的实例是1-乙基-3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐([emim][hso4])、三甲基铵丙烷磺酸硫酸氢盐([tmpsa][hso4])，1-(4-磺基丁基)-3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐[[sbmim][hso4])和甲磺酸二乙基甲基铵([net2meh][meso3])。

在本发明的氧气发生器中，酸性化合物(“酸”)可以按液体形式提供。液体形式包括纯液体化合物，液体或气体的浓溶液或稀溶液(例如盐酸或乙酸的浓溶液或稀溶液)，以及固体酸或酸性盐在溶剂或分散剂中的溶液和分散体。

示例性溶剂或分散剂是水和离子液体。可以使用具有高粘度的离子液体，例如，与具有较低粘度的离子液体混合。

在示例性实施方案中，酸性化合物以固体形式提供，例如以粉末形式、丸粒形式或珠粒形式。可以按固体形式提供的酸性化合物是固体酸，例如琥珀酸、柠檬酸或苯甲酸，和酸性盐，例如硫酸氢钠或磷酸二氢钾。

根据示例性实施方案的碱性化合物(“碱”)以固体形式提供，例如以粉末形式、丸粒形式或珠粒形式提供。根据另外的示例性实施方案，碱性化合物以纯液体化合物的形式提供，或以在溶剂或分散剂中的浓溶液或稀溶液或分散体的形式提供。

示例性的溶剂或分散剂是水和离子液体。可以使用具有高粘度的离子液体，例如，与具有较低粘度的离子液体混合。

示例性的碱是氢氧化物例如氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙，碱性盐例如磷酸钾、乙酸钠、过碳酸钠、碳酸钾，碱性氧化物例如氧化钙，和具有碱性的离子液体，例如1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙酸盐([emim][oac])、精氨酸四丁基铵([tba][arg])和丁-3-烯酸四丁基铵([net4][but-3-enoate])。

本文的上下文中，术语“组合物”包括其中组合物的所有成分混合(即彼此接触)的实施方案，以及其中成分不彼此接触(即物理分离)的实施方案，或其中至少并非所有成分彼此接触的实施方案。必须考虑的是，包含离子液体、溶解或分散在其中的过氧化物化合物、以及催化剂的混合物是不稳定的，除非离子液体是酸性化合物或含有酸性化合物。当使用不具有酸性功能的离子液体或甚至具有碱性功能的离子液体时，一旦催化剂与离子液体中的过氧化物化合物接触，或者至少在此后不久，过氧化物化合物的分解就开始。因此，产生氧气的组合物的成分必须储存在催化剂不能引发过氧化物化合物释放氧气的条件下。这可通过如下方式来实现：以“成套零件(kitofparts)”的形式提供产生氧气的组合物，即作为至少两种组分的组合，这两种组分包括至少一种氧源、至少一种离子液体、和至少一种催化剂化合物。在所述至少两种组分中，三种成分(氧源、离子液体、和催化剂)中的至少一种不与所述产生氧气的组合物的其它成分接触。

例如，组合物可包含第一组分和第二组分，第一组分包含氧源和催化剂，第二组分包含离子液体。

当离子液体具有酸性质或当离子液体含有具有酸性质的化合物时，情况有所不同。

发明人发现过氧化物分解反应不在酸性环境中进行。因此，在含有酸性离子液体的产生氧气的组合物中，过氧化物、催化剂和离子液体不需要被物理分离地储存，而是可彼此接触，例如，混合。本发明人还发现，在包含酸性离子液体的产生氧气的组合物中，可通过向离子液体、催化剂和过氧化物中加入碱性化合物来开始过氧化物分解反应。

因此，用于产生氧气的示例性组合物包含氧源、金属氧化物化合物和/或金属盐(作为催化剂)、酸性离子液体(本身是酸性的离子液体，或者由于其含有酸性化合物而呈酸性的离子液体)和碱性化合物。该氧源包含过氧化物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，该金属氧化物化合物是单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，并且该金属盐包括一种单一金属或两种或更多种不同金属，以及有机阴离子和/或无机阴离子。

示例性的氧气发生器包含用于产生氧气的上述组合物以及另外的酸性化合物和/或另外的碱性化合物。

用于产生氧气的其它示例性组合物包含氧源、金属氧化物化合物和/或金属盐(作为催化剂)、和离子液体(中性离子液体或碱性离子液体，即本身为碱性的离子液体或由于其含有碱性化合物而呈碱性的离子液体)。该氧源包含过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，该金属氧化物化合物是单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，该金属盐包括一种单一金属或两种或更多种不同金属，以及有机阴离子和/或无机阴离子。

另外的示例性氧气发生器包含用于产生氧气的上述组合物以及酸性化合物和/或碱性化合物。

用于产生氧气的组合物可包含约10至80重量％的一种或多种氧源，约20至80重量％的一种或多种离子液体，和大于0至约15重量％的一种或多种金属盐催化剂或大于0至约20重量％的一种或多种金属氧化物催化剂。在示例性实施方案中，氧源或氧源混合物占组合物的50至70重量％，离子液体或离子液体混合物占组合物的30至60重量％，以及催化剂或催化剂混合物占组合物的大于0至约10重量％。在一些实施方案中，氧源可占组合物的至多98重量％，离子液体和催化剂的存在量各自低至约1重量％。任选地，可以存在另外的成分，例如二氧化硅(作为散热体)和/或自由基清除剂，例如间苯二酚、2-甲基对苯二酚、丁香酚、苯酚和4-丙基苯酚，所有这些都降低过氧化物分解速率。在一些实施方案中，此类另外成分的量不超过组合物的约20重量％。所有成分加起来达到100重量％。

在酸性离子液体的情形中，示例性组合物还包含碱性化合物。以至少足以中和离子液体的量加入碱性化合物。组合物的剩余成分的量按比例减少。

示例性的产生氧气的方法包括提供氧源，提供离子液体(中性或碱性)，提供金属氧化物化合物和/或金属盐，以及通过使氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐接触而产生氧气。该氧源为过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态,该金属氧化物化合物是一种单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，该金属盐包括一种单一金属或者两种或更多种不同金属，和有机阴离子和/或无机阴离子。

根据示例性实施方案，提供催化剂和离子液体作为第一组分，提供氧源作为第二组分，并且接触步骤包括混合第一组分和第二组分。

根据另外的示例性实施方案，提供氧源和催化剂作为第一组分，提供离子液体作为第二组分，并且接触步骤包括混合第一组分和第二组分。

当作为一种单一组分(即以混合状态)提供氧源和催化剂时，氧源和催化剂两者应在混合之前彻底干燥。否则，氧源会不经意地分解。在不存在任何媒介物时，例如水或离子液体，固体氧源和固体催化剂构成长期稳定的混合物。

用于产生氧气的另外示例性方法包括：提供氧源，提供酸性离子液体，提供金属氧化物化合物和/或金属盐，提供碱性化合物，以及通过使氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐和碱性化合物接触而产生氧气。该氧源是过氧化物化合物，该离子液体至少在-10℃至+50℃的温度范围内为液态，该金属氧化物化合物是一种单一金属的氧化物或者是两种或更多种不同金属的氧化物，所述金属选自元素周期表第2-14族的金属，该金属盐包含一种单一金属或两种或更多种不同金属，以及有机阴离子和/或无机阴离子。

根据示例性实施方案，提供氧源、催化剂和离子液体作为第一组分，提供碱性化合物作为第二组分，并且使氧源、离子液体、催化剂和碱性化合物接触的步骤包括混合所述第一组分和第二组分。

根据另外的示例性实施方案，提供氧源作为第一组分，提供离子液体和催化剂作为第二组分，提供碱性化合物作为第三组分，并且接触步骤包括将所述第一组分、第二组分和第三组分混合。

在产生氧气的上述方法中，以特定的生产速率产生氧气并持续特定时间。通过适当地选择成分的类型和量，可以在一定程度上影响产生速率和时间，然而，具有特定成分组合的每个氧气发生器以该特定组合所固有的速率产生氧气。不可能影响运行中的分解反应。

本发明提供了在释放全部量的氧气之前停止过氧化物分解反应的可能性。作为替代，氧气产生速率可不停止，而是仅降低。这些效果可通过添加适量的酸性化合物来实现。根据酸的类型和量，氧气产生停止并且仅或大或小程度地降低。向氧气产生组合物添加酸时立即观察到氧气产生的中断或减速。

本发明还提供了重新开始中断的分解反应或提高运行中的分解反应的氧气生成速率的可能性。这些效果可以通过向用于产生氧气的组合物中加入适量的碱性化合物来实现。在向产生氧气的组合物中加入碱性化合物时，立即观察到氧气产生的重新开始或氧气产生的加速。在重新开始中断的分解过程之后，在几秒钟内达到原始氧气产生速率。根据碱性化合物的类型和量，可以或大或小程度地加速氧气产生。

用于控制氧气发生器的氧气产生速率的示例性方法包括：提供氧源，提供离子液体(中性或碱性)，提供金属氧化物化合物和/或金属盐，通过使氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐接触而产生氧气，以及通过向氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐中加入酸性化合物和/或碱性化合物来改变氧气产生速率。

用于控制氧气发生器的氧气产生速率的另外的示例性方法包括：提供氧源，提供酸性离子液体，提供金属氧化物化合物和/或金属盐，提供碱性化合物，通过使氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐和碱性化合物接触而产生氧气，以及通过向氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐和碱性化合物中加入另外的酸性化合物和/或另外的碱性化合物来改变氧气产生速率。

在分解反应过程中，可以多次进行氧气产生中断和氧气产生的重新开始。因此，可以使氧气产生速率适应特定需要。在用户需要更多氧气的情况下，他可以增加氧气流速，以及在他需要更少氧气的情况下，他可以通过减少甚至中断氧气产生来节省氧气。用于控制氧气发生器的氧气产生速率的本发明方法以类似于液氧供应系统或加压氧气罐的方式供应氧气。

不言而喻，在上述方法中，酸性化合物和碱性化合物不是同时加入，而是期望分别在氧气产生的停止或减少或者在氧气产生的重新开始或增加时的相应时间。

氧源、离子液体、金属氧化物化合物、金属盐、酸性化合物和碱性化合物如上所述。

在示例性方法中，改变氧气产生速率包括通过向氧源、离子液体和催化剂中添加酸性化合物来降低氧气产生速率或停止氧气产生。

在另一示例性方法中，改变氧气产生速率包括通过向氧源、离子液体和催化剂中添加碱性化合物来提高氧气产生速率或重新开始中断的氧气产生。

在另外的示例性方法中，改变氧气产生速率包括通过向氧源、离子液体和催化剂中添加酸性化合物来减缓或中断氧气产生，并且在期望的时间间隔之后，通过向氧源、离子液体和催化剂中加入碱性化合物来加速或重新开始氧气产生。

根据另外的示例性方法，通过分别添加几部分碱性化合物或酸性化合物，逐步进行氧气产生的加速和/或减速，在各个添加步骤之间具有时间间隔。

在另一示例性方法中，使减缓或中断氧气产生的过程以及加速或重新开始氧气产生的过程多次进行。

用于产生氧气的许多组合物不产生恒定的氧气流速，而是显示出递增或递减的氧气流速。在其它氧气产生组合物中，在过氧化物分解反应期间氧气流速波动。然而，波动或递增或递减的氧气流速是不希望的。本发明提供了影响分解反应的可能性，即当氧气流速降低时使反应加速，以及当氧气流速增加时使反应减速，从而使氧气流速随时间恒定。

在本发明的上下文中，如果液体的ph在6.5-7.3的范围内，则认为其是中性的。在ph为6.5-7.3的离子液体中(因为它们含有本质上在该范围内的ph的离子液体，或者因为它们含有ph在不同范围内的离子液体，但是已通过分别添加酸性化合物或碱性化合物调节ph)，过氧化物分解进行缓慢但完全。

在本发明的上下文中，如果液体的ph在低于6.5的范围内，则认为其是酸性的。在ph低于6.5的离子液体中(因为它们含有本质上ph低于6.5的离子液体，或者因为它们包含具有不同ph的离子液体，但是已通过添加酸性化合物调节ph)，过氧化物分解反应比ph为6.5或以上时进行地得更慢。ph值越低，分解反应越慢，并且越来越多的过氧化物化合物保持为未分解的残留物。过氧化物分解根本不进行的确切ph值取决于离子液体、过氧化物和催化剂的类型，并且可通过一些常规实验容易地找到每个特定体系的该确切ph值。

在本发明的上下文中，如果液体的ph在高于7.3的范围内，则认为其是碱性的。在ph高于7.3的离子液体中(因为它们含有本质上ph高于7.3的离子液体，或者因为它们包含具有不同ph的离子液体，但是已通过添加碱性化合物调节ph)，过氧化物分解反应比ph为7.3或以下时进行得更快。ph值越高，过氧化物分解得越快，即过氧化物完全分解所需的时间段越短。同样，反应速度根据离子液体、过氧化物和分解催化剂的类型而略微改变，但是可通过一些常规实验容易地找到特定系统的期望反应速度。

在本文中，离子液体的ph值是在20℃下在离子液体的100mm水溶液(蒸馏水)中测定。可根据需要通过分别添加酸或碱(例如1mhcl或1mnaoh)来调节ph值。

用于产生氧气的示例性装置特别适合以物理分离的状态容纳所述产生氧气的组合物的组分，并且一旦需要产生氧气就使它们物理接触。

用于以受控方式产生氧气的其它示例性装置特别适合于以物理分离的状态容纳所述产生氧气的组合物的组分，并且一旦需要产生氧气就使它们物理接触，以及适合于容纳至少一种酸性化合物和/或至少一种碱性化合物，使得当需要时能够将该酸性化合物和碱性化合物加入该组合物中。

在示例性实施方案中，用于产生氧气的装置包括容纳用于产生氧气的组合物的反应室，该组合物包含由氧源、酸性离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐组成的成分组合，用于使氧气离开反应室的设备，和容纳碱性化合物的计量给料装置，该计量给料装置适于将碱性化合物引入反应室。

在另一示例性实施方案中，用于以受控方式产生氧气的装置包括容纳用于产生氧气的组合物的反应室，该组合物包含由氧源、酸性离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐组成的成分组合，用于使氧气离开反应室的设备，至少一个容纳碱性化合物的计量给料装置和至少一个容纳酸性化合物的计量给料装置，所述计量给料装置适于将碱性化合物和酸性化合物引入反应室。

在另外的示例性实施方案中，用于以受控方式产生氧气的装置包括容纳用于产生氧气的组合物的反应室，该组合物包含由氧源、中性或碱性离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐组成的成分组合，至少一个容纳酸性化合物的计量给料装置和/或至少一个容纳碱性化合物的计量给料装置，该计量给料装置适于将酸性化合物和/或碱性化合物引入反应室，用于保持氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐中的至少一种与其余成分物理分离的设备，用于建立氧源、离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐的物理接触的设备，以及使氧气离开反应室的设备。

氧源、离子液体、金属氧化物化合物、金属盐、酸性化合物和碱性化合物如上所述。

用于以物理分离状态容纳产生氧气的组合物的组分并且一旦期望氧气产生则使它们物理接触的装置，描述于ep3323782a1中，特别是[0053]至[0057]段和[0106]至[0127]段，并且显示于ep3323782a1的图18至22。通过引用将各公开内容并入本文。

根据本发明的用于产生氧气的装置可被设计为，例如，如ep3323782a1的图19和20中所示那样，然而在本发明的装置中，反应室2或隔室4各自将被填充以氧源、酸性离子液体和金属氧化物化合物和/或金属盐，和注射装置21或隔室3将被分别填充以碱性化合物。

为了适合作为根据本发明以受控方式产生氧气的装置，必须通过包括用于容纳酸性化合物和/或(另外的)碱性化合物的计量给料装置来改进ep3323782a1中公开的装置，该计量给料装置适于将酸性化合物和/或碱性化合物引入反应室。下面参考图60和61来描述示例性装置。

在示例性实施方案中，上述离子液体用作分散剂或溶剂，并且作为上述氧气发生器中的散热体。

所公开的发生器、方法和装置可利用上文关于组合物描述的任何材料，反之亦然。

本文对“包含”的所有提及应理解为涵盖“包括”和“含有”以及“由......组成”和“基本上由......组成”。

术语“a”表示“至少一”。

附图说明

通过以下非限制性实施例参照附图进一步说明本发明，其中：

图1-13是说明uhp(脲过氧化氢)的分解的曲线图，受溶解的催化剂催化，通过添加液体酸溶液使分解反应终止，以及通过添加碱性溶液使分解反应重新开始，

图14-25是说明uhp的分解的曲线图，受分散的固体催化剂催化，通过添加液体酸溶液使分解反应终止，以及通过添加碱性溶液使分解反应重新开始，

图26是说明uhp的分解的曲线图，受溶解的催化剂催化，通过添加液体酸溶液使分解反应终止，以及通过添加磷酸钾溶液使分解反应重新开始，

图27是说明溶解有催化剂的酸性离子液体中所含的uhp的分解反应开始的曲线图，

图28和29是说明uhp的分解的曲线图，受溶解或分散的催化剂催化，以及通过分别添加液体酸溶液和氢氧化钠溶液使分解反应反复终止和重新开始，

图30和31是分别说明uhp和spc(过碳酸钠)的混合物的分解以及uhp和spb(过硼酸钠)的混合物的分解的曲线图，受分散的固体催化剂催化，通过添加硫酸终止分解反应，通过添加氢氧化钠溶液使分解反应重新开始，

图32-39是说明uhp的分解的曲线图，受溶解或分散的催化剂催化，通过添加固体酸使分解反应终止，以及通过添加固体或溶解的碱使分解反应重新开始。

图40至44是说明uhp分解的曲线图，受溶解的乙酸铅催化，通过添加固体酸使分解反应终止，以及通过添加氢氧化钠溶液使分解反应重新开始，

图45-49是说明uhp分解的曲线图，受溶解或分散的催化剂催化，通过添加固体酸或液体酸使分解反应终止，以及通过添加固体碱使分解反应重新开始，

图50至55是说明uhp分解的曲线图，受溶解或分散的催化剂催化，通过添加具有酸性功能的离子液体使分解反应终止，以及通过添加氢氧化钠溶液使分解反应重新开始，

图56至59是说明uhp分解的曲线图，受溶解或分散的催化剂催化，通过添加液体酸使分解反应终止，以及通过具有碱性功能的离子液体使分解反应重新开始，

图60是根据本发明的用于产生氧气的装置的实施方案的剖视图，和

图61是根据本发明的用于产生氧气的装置的另一个实施方案的剖视图。

在显示氧气释放的所有曲线图中，氧气流速和体积相对于运行时间绘图，其中运行时间是在接触氧源、离子液体和催化剂的时间点或者在使氧源、离子液体、金属氧化物化合物和/或金属盐与碱性化合物接触的时间点开始运行的时间。“体积”是释放的总氧气体积。在整个实验中，在实施例1-14的每个实验中用鼓式气量计测量每次分解反应的氧气流速(l/h)和释放的体积(l)。

在以下实施例中，使用酸以便停止过氧化物分解反应，并使用碱以使分解反应重新开始。选择酸量以提供约3mmol至6mmolh⁺离子/g离子液体，并选择碱量以至少中和所述酸。然而，据认为在大多数情况下，较低量的酸将足以使过氧化物分解停止。此外，可以使用比酸中和所需更多的碱，从而使分解反应加速。

实施例1

实施例1包括实验1至5。在每个实验中，将其中溶解有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将液体酸(酸的水溶液)添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入naoh水溶液。

表1中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表1还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表1

在图1-5的每一个中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示通过在各自离子液体中的各自催化剂由uhp释放的氧气总体积。

图1-5显示在与过氧化物化合物、离子液体和催化剂接触后，过氧化物分解反应几乎无延迟地开始。添加酸性化合物会立即停止过氧化物分解反应，并且添加碱性化合物以与分解反应中断之前的反应速率相当的反应速率重新开始分解反应。

实施例1证明可以通过不同的液体酸(酸的水溶液)来停止过氧化物分解反应，而与所用的催化剂无关。

实施例2

实施例2包括实验6至10。在每个实验中，将其中溶解有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将液体酸(酸的水溶液)添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入naoh水溶液。

表2中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表2还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表2

在图6-10的每一个中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示通过离子液体中的催化剂由uhp释放的氧气总体积。

图6-10显示在与过氧化物化合物、离子液体和催化剂接触后，过氧化物分解反应几乎无延迟地开始。添加液体酸会立即停止过氧化物分解反应，并且添加液体碱使分解反应重新开始，反应速率与分解反应中断之前的反应速率相当。

实施例2证明可以通过溶解于离子液体中的催化剂来开始过氧化物的分解。可以通过添加各种液体酸来停止分解反应。

实施例3

实施例3包括实验11至13。在每个实验中，将其中溶解有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将液体酸(酸的水溶液)添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入naoh水溶液。

表3中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表3还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表3

在图11-13的每一个中，线1表示添加硝酸的时间，线2表示添加氢氧化钠水溶液的时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示通过各自催化剂由uhp释放的氧气总体积。

图11-13显示在使过氧化物与离子液体和催化剂接触之后，过氧化物分解反应几乎无延迟地开始。添加酸的水溶液会立即停止过氧化物分解反应，并且添加碱的水溶液使分解反应重新开始。

实施例3证明，通过添加液体酸能够停止由溶解在离子液体中的金属盐催化的过氧化物分解反应。不同的催化剂阴离子同样有效。

实施例4

实施例4包括实验14-17。在每个实验中，将其中分散有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将液体酸(酸的水溶液)添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入氢氧化钠水溶液。

表4中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表4还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表4

在图14-17的每一个中，线1表示添加液体酸的时间，线2表示添加氢氧化钠溶液的时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示通过分散在离子液体中的二氧化锰由uhp释放的氧气总体积。

图14-17显示在使过氧化物与离子液体和催化剂接触之后，过氧化物分解反应几乎无延迟地开始。添加酸立即停止过氧化物组合物反应，并且添加碱性溶液以高的反应速率使分解反应重新开始。

实施例4证明，通过添加不同的液体酸能够停止由分散在离子液体中的固体金属氧化物催化的过氧化物分解反应。

实施例5

实施例5包括实验18-20。在每个实验中，将其中分散有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将液体酸(酸的水溶液)添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入naoh水溶液。

表5中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表5还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表5

在图18-20的每一个中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示通过分散在离子液体中的各自催化剂由uhp释放的氧气总体积。

图18-20显示，在氧化铅的情况下和在混合钴铁氧化物的情况下，过氧化物分解反应以一些延迟开始，并且可以通过加入酸的水溶液立即停止。添加碱性化合物以高的反应速率使分解反应重新开始。

实施例5证明，通过添加液体酸能够停止由分散在离子液体中的不同金属氧化物催化的过氧化物分解反应。

实施例6

实施例6包括实验21-24。在每个实验中，将其中分散有催化剂(mno2)的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，向烧瓶中加入液体酸(h2so4水溶液)，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入液体碱(naoh或[emim][oac]的水溶液)。

表6中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表6还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表6

在图21-24的每一个中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示通过各自离子液体中的mno2由uhp释放的氧气总体积。

图21-24显示在添加h2so4水溶液时过氧化物分解反应立即停止，并在添加naoh或[emim][oac]的水溶液时立即重新开始。

实施例6证明，在不同的离子液体中能够通过添加酸来停止过氧化物分解，以及通过添加碱来重新开始分解反应。

实施例7

实施例7包括实验25-27。在实验25中，将其中分散有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将液体酸(酸的水溶液)添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入液体碱(naoh水溶液)。

在实验26中，将溶解有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将液体酸(酸的水溶液)加入烧瓶中，并且在另外的预定时间段之后，将第一部分液体碱(碱的水溶液)加入烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，将第二部分相同的液体碱加入烧瓶中。

在实验27中，将溶解有催化剂的具有酸性的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将液体碱(碱的水溶液)加入烧瓶中。

表7中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表7还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表7

在图25中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示由uhp释放的氧气总体积。

在图26中，线1表示酸的添加时间，线2表示添加第一部分碱的时间，线6表示添加第二部分碱的时间，线3、4和7表示氧气流量(其中线4表示在添加第一碱部分后的氧气流速，线7表示在添加第二碱部分后的氧气流速)，以及线5表示由uhp释放的氧气总体积。

在图27中，线2表示碱的添加时间，线4表示氧气流速，以及线5表示由uhp释放的氧气总体积。

实施例7证明不同的液体碱(碱的水溶液)可用于开始过氧化物分解反应。实施例7(参见图26)也证明可通过在几个步骤中添加碱而在几个步骤中释放过氧化物化合物的氧。实施例7进一步证明(参见图27)，当催化剂和过氧化物包含在具有酸性的离子液体中时，过氧化物分解催化剂不催化过氧化物分解反应，即催化剂在酸性介质中是非活性的。然而，添加碱时，过氧化物分解开始。

实施例8

实施例8包括实验28和29。在每个实验中，将溶解或分散有催化剂的离子液体添加到容纳于玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。然后，以交替方式将液体酸(酸的水溶液)和液体碱(碱的水溶液)加入烧瓶中。具体地，在实验28中，在9.1分钟和30.9分钟的运行时间之后加入磷酸，并在26.8分钟和44.1分钟的运行时间之后加入氢氧化钠水溶液。在实验29中，在4.4分钟、16.3分钟和21.3分钟的运行时间之后加入盐酸，并在13.8分钟、19.1分钟和24.2分钟的运行时间之后加入氢氧化钠水溶液。

表8中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表8还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表8

在图28中，线1和6表示添加酸的时间点，线2和7表示添加碱的时间点，线3、4和8表示氧气流速，以及线5表示由uhp释放的氧气总体积。

在图29中，线1、6和9表示添加酸的时间点，线2、7和10表示添加碱的时间点，线3、4、8和11表示氧气流速，以及线5表示由uhp释放的氧气总体积。

实施例8证明，无论何时氧气产生终止并且需要重新开始氧气产生，过氧化物分解反应都能够停止并重新开始若干次，直到氧源的全部供应已经分解。

实施例9

实施例9包括实验30和31。在每个实验中，将其中分散有催化剂(mno2)的离子液体添加到uhp和spc(过碳酸钠)的混合物中，以及添加到容纳在玻璃烧瓶中的uhp和spb(过硼酸钠)的混合物中。在预定的时间段之后，向烧瓶中加入液体酸(h2so4水溶液)，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入液体碱(氢氧化钠的水溶液)。

表9中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表9还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表9

在图30和31中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示从氧源释放的氧气总体积。

实施例9证明，中断过氧化物化合物的分解过程的步骤以及重新开始过氧化物分解过程的步骤不限于过氧化氢加成物如uhp，而是适用于通常具有过氧基团的化合物，例如，诸如过碳酸钠和过硼酸钠。

实施例10

实施例10包括实验32至39。在每个实验中，将其中溶解或分散有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将固体酸添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入碱。

表10中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表10还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表10

在图32至38的每一个中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示由uhp释放的氧气总体积。

图32至38表明在添加固体酸时过氧化物分解反应立即停止，并在添加碱时立即重新开始。

在图39中，线1和线6表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示从uhp释放的氧气总体积。图39显示向氧气产生组合物中加入酸不一定完全停止过氧化物分解反应。更确切地，分解反应可仅被减速，这取决于添加到氧气产生组合物中的酸的类型和量。在实验39中，在添加第一数量的固体硫酸氢钠后过氧化物分解反应减速(参见线3)，并且在添加第二数量的固体硫酸氢钠后完全停止。

实施例10证明通过添加不同的固体酸能够停止过氧化物分解反应，或者使其减速。通过添加碱性化合物能够重新开始分解反应，或者使其加速。该现象不限于特定化合物或化合物的组合，而是广泛适用于不同的催化剂、离子液体、酸和碱。

实施例11

实施例11包括实验40至44。在每个实验中，将其中溶解有催化剂(乙酸铅)的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将固体酸添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入液体碱(氢氧化钠的水溶液)。

表11中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表11还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表11

在图40-44的每一个中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示由uhp释放的氧气总体积。

图40-44显示在添加固体酸时过氧化物分解反应立即停止，并且在添加碱的水溶液时立即重新开始。

实施例11证明通过添加不同的固体酸能够停止过氧化物分解反应。

实施例12

实施例12包括实验45至49。在每个实验中，将其中溶解或分散有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，将固体或液体酸添加到烧瓶中，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中加入固体碱。

表12中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表12还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表12

在图45-49的每一个中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示由uhp释放的氧气总体积。

图45-49显示在添加液体酸或固体酸时过氧化物分解反应立即停止，并且在添加固体碱时立即重新开始。

实施例12证明，通过添加酸能够停止离子液体中的过氧化物化合物的分解，并且可通过加入固体碱使分解重新开始。该现象不限于特定的酸、碱、催化剂等，而是该概念广泛适用于催化剂、离子液体、过氧化物、酸和碱的不同组合。

实施例13

实施例13包括实验50至54。在每个实验中，将其中溶解或分散有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，向烧瓶中添加具有酸性功能的离子液体，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中添加液体碱(氢氧化钠的水溶液)。

表13中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表13还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表13

在图50-55的每一个中，线1表示具有酸性功能的离子液体的添加时间，线2表示碱的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示释放的氧气总体积。

图50-54显示在添加具有酸性功能的离子液体时过氧化物组合物反应立即停止，并且在添加液体碱时立即重新开始。

因此，实施例13证明通过添加具有酸性功能的另外的离子液体可以停止离子液体中的过氧化物分解反应。通过酸性离子液体终止分解反应不限于特定的分解催化剂。

实施例14

实施例14包括实验55至59。在每个实验中，将其中溶解或分散有催化剂的离子液体添加到容纳在玻璃烧瓶中的过氧化物化合物(uhp)中。在预定的时间段之后，向烧瓶中添加液体酸，并在另外的预定时间段之后，向烧瓶中添加具有碱性功能的离子液体。

表14中列出了每个实验中使用的化合物的类型和量，以及酸和碱的添加时间(以运行时间开始之后的分钟数计)。表14还示出了在哪个图中显示各个特定实验。

表14

在图55-59的每一个中，线1表示酸的添加时间，线2表示碱(具有碱性功能的另外离子液体)的添加时间，线3和线4表示氧气流速，以及线5表示释放的氧气总体积。

图55-59显示，通过添加液体酸可以停止或减缓过氧化物分解反应。在图58所示的反应中，加入的硫酸量不足以立即实现分解反应的完全终止。图55-59还显示，通过添加具有碱性功能的离子液体可以重新开始过氧化物分解反应。

因此，实施例14证明具有碱性的离子液体可以使中断的过氧化物分解反应重新开始。该现象不限于特定的氧气产生组合物，而是该概念广泛适用于不同的催化剂、过氧化物化合物和离子液体。

图60示出了用于以受控方式产生氧气的示例性装置1，该装置具有用于储存用于产生氧气的组合物的单一反应室2。在这样的单一反应室2中，用于产生氧气的组合物的至少一种成分可被封闭在容器中以避免与容纳在反应室2中的组合物的剩余成分接触。该装置特别适合于与中性和碱性的离子液体一起使用。在图60所示的实施方案中，两个容器5,6被设置在反应室中。容器5含有氧源7和分解催化剂9的紧密混合物，例如以粉末形式或压缩成丸粒，处于充分干燥的状态。容器6包含离子液体8。作为替代，可以有仅一个用于封闭所述过氧化物/催化剂混合物的容器，而在反应室2内所述离子液体是“自由的”，或者离子液体8可被封闭在容器中，而过氧化物/催化剂混合物未被封闭在单独的容器中。此外，作为替代，催化剂可以溶解(可溶性金属盐)或部分溶解(部分可溶的金属盐)或分散(不可溶的金属盐或金属氧化物化合物)在离子液体中。这种替代方案特别有利。原则上也可以仅将催化剂封闭在单独的容器中，而不封闭离子液体和过氧化物。在用于产生氧气的装置的存储期间，仅需要避免所有三种成分之间的接触。

期望将过氧化物7、离子液体8和催化剂9储存在反应室2中，其设置使得一旦需要氧气产生时将能够使所有成分紧密混合。例如，当使用不可溶或仅部分可溶的金属盐作为催化剂时，并且将该催化剂和离子液体提供在一个容器中，并且在另一容器中提供过氧化物，在存储期间催化剂可在离子液体内沉降。在这种情况下，与过氧化物的适当混合可能受到抑制。当过氧化物和可溶性或不溶性催化剂在干燥条件下预先紧密混合，任选地压实到模具中，以及填充到反应室2中或者填充到有待放入反应室2内的单独容器5中，以及将离子液体提供在单独的容器6中，这时能够实现所有成分的快速和理想的混合。当催化剂可溶于离子液体中并且基本上溶解在其中时，也能够实现快速且理想的混合。将离子液体(或离子液体和催化剂)放置在单独的容器中，尽管在将过氧化物和催化剂(或过氧化物单独)放置在容器5中的情况下这不是绝对必要的，然而这构成了针对容器5泄漏或破裂的情况下成分的意外混合的有利预防措施。当uhp和催化剂混合时，必须小心，因为uhp是高度吸湿的。

在应当产生氧气的情况下，容器5，或者容器5和6分别被破坏装置18破坏。在图60中，破坏装置18具有板的形式，然而，用于破坏所述容器的设备不限于板，并且其它设备是本领域技术人员已知的，例如撞针或栅格。可通过弹簧19或其它激活机构来实现板18的移动。在产氧装置的存储期间，弹簧19处于张紧状态并且将板18保持在远离容器5,6的位置。一旦通过合适的触发机构(未示出)释放张力，弹簧19使板18移向容器5,6，并且板18破坏容器5,6。该触发器可例如将氧气面罩拉向飞机上的乘客。另一示例性触发机构是感测低氧条件的氧传感器。

容器5,6和板18由保证容器5,6在被板18击打时破坏或破裂的材料制成。示例性材料是塑料箔或玻璃(用于容器5,6)，以及较厚的塑料材料或金属(用于板18)。

容器5,6的破坏引起过氧化物、离子液体和催化剂的混合，并引发氧气产生。为了允许氧气离开反应室2，反应室2具有开口。在所示实施方案中，用透气膜16密封所述开口。所述开口可处于与图60中所示不同的位置，或者可以存在多于一个开口。

在示例性实施方案中，在本文所述的装置中产生的氧气可穿过本领域已知的过滤器或其它净化设备。所述装置可配备有此类设备。

氧气产生反应是仅略微放热的过程，并且在低温下进行，即低于150℃，或甚至低于120℃或低于100℃。因此，反应室2不需要耐高温，并且可由轻质、低熔点材料如塑料制成。此外，不需要任何庞大的绝缘。在必须节省重量和/或空间受限的所有情况下这是特别有利的，例如应安装在航空器中的氧气面罩的情形中。

图60中所示的示例性装置配备有两个注射装置11,11'，例如注射器或其它计量给料装置。开口17,17'分别流体连接到反应室2和注射装置11,11'的内部空间。

注射装置11包括容器12、滑杆13和长钉14。注射装置11'包括容器12'、滑杆13'和长钉14'。长钉14,14'由固定装置15,15'固定就位。容器12,12'由易于破裂的材料制成，例如由塑料箔制成的袋。容器12含有酸性化合物，并且容器12'含有碱性化合物。

在图60所示的示例性实施方案中，可以按与制动装置18类似的方式驱动滑杆13,13'。一旦被驱动，滑杆13将容器12推向长钉14，容器12破裂并且通过开口17将酸注入反应室2中。类似地，一旦被驱动，滑杆13’将容器12’推向长钉14’，容器12’破裂并且通过开口17’将碱注入反应室2中。

制动装置18的驱动在反应室2中开始过氧化物分解反应。在没有干扰的情况下，分解反应进行直到所有过氧化物化合物已分解。图60所示的装置允许使用者通过驱动滑杆13来停止过氧化物分解反应，从而保存尚未分解的过氧化物以备后用。每当再次需要氧气时，使用者可驱动滑杆13'，从而再次开始过氧化物分解反应。

图60所示的装置具有仅一个含有酸性化合物的注射装置11，以及一个含有碱性化合物的注射装置11'。这样的装置允许停止和重新开始过氧化物组合物反应仅一次。为反应室2提供多个含有酸的注射装置以及多个含有碱的注射装置允许多次停止和重新开始过氧化物分解。例如，具有三个含有酸性化合物的注射装置并且具有三个含有碱性化合物的注射装置的用于产生氧气的装置1允许使用者三次中断和重新开始氧气产生，或者至少直到所有的氧源已经分解。

如果需要，如图60所示的装置也可用于通过将酸性化合物或碱性化合物分别注入反应室2中来减少或增加氧气流速，例如当趋于平稳时，应实现氧气流速的增加或降低或波动。

也可以仅提供填充有酸的注射装置，或仅提供填充有碱的注射装置。在这样的情况下，氧气产生装置1将仅允许分别降低氧气流速或增加氧气流速。

在图61中示出了用于以受控方式产生氧气的替代性示例装置。在图61中，使用与图60中相同的附图标记来表示部件，对应于图60中已示出的部件。

图61中所示的装置适合与酸性离子液体一起使用。在所示实施方案中，反应室2含有酸性离子液体8、氧源7和分解催化剂9的混合物，例如分散在离子液体中的包含过氧化物/催化剂混合物的粒料。当然，可以按任何不同的方式提供酸性离子液体、氧源和催化剂，例如以在催化剂于离子液体内的溶液中的氧源粉末分散体的形式提供。

图61中所示的示例性装置配备有两个注射装置11,11'，它们与图60中所示装置的注射装置11,11'相同。注射装置11含有酸性化合物，并且注射装置11'含有碱性化合物。注射装置11可被省略。仅具有注射装置11'的氧气发生装置1允许通过破坏容器12'并通过开口17'将碱性化合物注入反应室2来开始过氧化物分解反应。然后过氧化物分解反应将进行直至所有过氧化物已经分解，并且由组合物反应产生的氧气将穿过气体渗透膜16离开反应室2。

以受控方式产生氧气的装置需要至少一个另外的注射装置，例如含有酸性化合物的注射装置11，如图61所示。将注射装置11中所含的酸性化合物注射到反应室2中允许使过氧化物分解反应减速以及降低过高的氧气流速。

在替代实施方案中，图61所示的氧气产生装置可设置有一个或多个含有碱性化合物的附加注射装置和/或一个或多个含有酸性化合物的附加注射装置。这样的附加注射装置分别允许增加或降低氧气产生速率，或者停止和重新开始氧气产生若干次。

根据本发明产生的氧气是纯的并且在低温下，因此对于在飞机、自救器和循环呼吸器中的应用是理想的。然而，也可以考虑诸如以下的出于技术目的的使用：在便携式焊接装置中，在采矿和潜艇应用中，以及在太空飞行中，例如在控制喷嘴中。

虽然已经参照示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变以及可用等效物替换其要素。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施方案。