专利名称：一种氧气发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种简便的制备氧气的装置和其中所用的催化剂及其制备方法。
众所周知，不论工业或医疗中使用的氧气皆贮存在钢瓶中备用，但这为其普遍应用，特别是用于个人的医疗目的或急救用途方面有很多不利和不方便之处。为此，促使人们研制价格低廉、结构简便、使用方便安全并可随意移动或者可随身携带的氧气发生装置。针对上述情形虽有一些有关的专利或专利申请，例如，美国专利4，548.730(1985);日本的公开专利申请，昭61-227903(1986);昭62-127067(1987)。但仍都不够理想，尤其是结构上较复杂、工艺要求较高及一些其他尚需改进之处。
本发明的目的是制造一种结构简洁、制造容易、使用方便安全并可随意控制的氧气发生装置。
制备氧气的最简便的方法是使过氧化物分解产生氧，问题的关键是通过何种设备和方式使反应实现，并得到合乎国家卫生标准的氧气。
本发明装置中使用过氧化氢水溶液为可产生氧气的物质，使之在载体催化剂的作用下迅速地完全分解产生氧。这是一放热反应，在本发明中采用把过氧化氢水溶液滴加到催化剂上以控制滴加速度的方法避免了其在分解时产生过高的热量，同时为了防止可能有过氧化氢随氧流出，使用分解过氧化氢的载体催化剂作氧气的净化剂，消除可能混入氧中的过氧化氢，保证了制得的氧气的纯度和其适合人的给氧要求。这就使最普通而又价格较低的过氧化氢水溶液可作为本发明装置中的主要原料，大大降低了使用成本，有利于广泛使用。同时由于本发明装置的结构简洁，重量轻、其几何形状和尺寸大小可随用途不同而异，并可制成固定型、移动型、便携式等各种类型，便于在任何场所和环境以及各种需要氧气的情况下使用。
本发明装置的组成至少包括外壳，其上部有气体排出指示装置，该装置的上部有氧气出口，下部有导管与壳内上部的洗涤气体的液体容器相通，在其下方有存放可产生氧气的物质的贮存器，其上部有物料进口和密封盖，贮存器下方有其中的物质与催化剂接触可产生氧气的反应室，其中放有载体催化剂，该室上部有导管和阀门在贮存器的下部与之相通，经由该导管和阀门可使贮存器中的物质滴到催化剂上，反应室的上部有氧气出口，该出口与洗气液体容器之间有氧气净化过滤装置，其中装有净化剂并与所述容器相通，贮存器与反应室之间可装有绝热物或有散热设施，二者之间有内部压力平衡装置，反应室下部有物料出口和阀门，外壳顶部有保护帽，侧面可有把手或携带扣环等设备。该装置可由塑料、金属或玻璃等材料制成。此装置的纵剖面如示意图所示。
本发明装置中的气体洗涤液用水。可产生氧气的物质采用大于20%(重量)的过氧化氢水溶液，可使用化学纯的30%或更高浓度的过氧化氢水溶液或其稀释液。反应室内放置的载体催化剂为过渡金属如锰(Ⅳ)、铁(Ⅲ)和钴(Ⅲ)的氧化物负载在载体，例如等量水泥和细砂(30-50目)的混合物、氧化硅、氧化铝、粘土或分子筛(如4A，5A)上的载体催化剂。上述活性组分的重量比为(50-45)∶(7-5)∶1，活性组分与载体的重量比为1∶1-2，以1∶1.5为最好。
所述催化剂的制备方法是在室温将上述金属的低价氯化物或硫酸盐按以上比例溶于水中，加碱如氢氧化钠使水溶液PH大于或等于8(若加入硅酸钠则不加氢氧化钠)，加入氧化剂(H2O2或KMnO4)放置陈化，倾去清液，加入载体，例如等量的水泥和细砂(30-50目)的混合物，粘土、分子筛(4A或5A)或氧化铝，搅拌均匀、成型(可成型为粒状、片状、圆柱体、条状或其他形状，也可以是无定形的)，烘干，于200-300℃，最好于250-300℃焙烧30-60分钟，最好30-40分钟。若用硅酸钠则不再加入载体。其他步骤如上所述。如此制得的载体催化剂强度好，活性高，在本发明装置中可以长期使用不必再生。
如上所述，净化剂选用反应室中所用的载体催化剂与活性炭的混合物，二者之比为4∶1-2。通过本发明装置制得的氧纯度甚高(大于99.75%)符合人的给氧要求，同时制氧过程可以连续、可调节、并可随时终止，使用极为方便。
对本发明装置的任何改变对于本技术领域的技术人员来讲是显而易见的，并且都属于本发明的思想范围。为了更清楚地说明本发明列举以下实施例，但非以此限制本发明的范围。
实施例1 单一型装置装置如
图1所示，5的容积约270ml，装入250ml的30%H2O2，8的容积约300ml，其中放入催化剂3-5克，4的容积约50ml，其中加入水25ml，12中加入催化剂4克，活性炭1克，壳内导气管用内径为1mm的聚乙烯软管。在上述条件下，开启阀门，即可产生氧气，其流量可连续调节，最大流量为500-600ml/分，总氧气发生量为30升。关闭阀门反应终止。除外壳采用聚氯乙烯外，里面容器均可采用聚乙烯或聚丙烯制成。
实施例2 复合式装置将实施例1中的装置几个并联使用，便可得到最大气流量为1升/分、1.5升/分、2升/分……等大气流的供氧装置。也可以用一个较大的产生氧气物质的贮存器，下接多个反应室的大流量供氧装置。
实施例3 催化剂的制法方法1称取1000克Na2SiO3·9H2O(或用相当量的水玻璃)加水溶解，得溶液(1)，称460克MnCl2·4H2O、50克FeCl3·6H2O和10克CoCl2·6H2O加水溶解，得溶液(2)，在不断搅拌下将(2)倒入(1)中，搅匀。滴加约100毫升30%H2O2，再滴加6NHCl使PH接近8，放置、过滤、抽干、成型(条状或块状)，烘干，在250-300℃焙烧半小时左右即得。
方法2称取450克MnCl2·4H2O、50克FeCl3·6H2O、10克CoCl2·6H2O加水溶解，加入NaOH溶液使PH在8-10，在不断搅拌下慢慢滴加30%H2O2(约100毫升)，放置陈化，倾去清液，加入200克水泥和200克细砂(30-50目)搅匀，成型，凉干，在250-300℃焙烧半小时即得。
附图简介氧气发生装置纵剖面示意图1 外壳2 气体排出指示装置3 氧气出口4 洗气液容器5 可产生氧气物质的贮存器6 进料口7 密封盖8 反应室9 液体导管10 阀门
11 氧气出口12 净化过滤装置13 绝热或散热物14 压力平衡装置(图中未示出)15 出料口16 密封塞17 保护帽18 催化剂
权利要求
1.一种氧气发生装置，其特征在于，所述装置的组成至少包括外壳1，在1的上部有气体排出指示装置2，其上部有出气口3，下部有导管与壳内的洗涤气体的液体容器4相通，在4的下方有存放可产生氧气的物质的贮存器5，其上部有物料进口6及其密封盖7，在5的下方有含氧物质与催化剂接触可产生氧气的反应室8，其中放有载体催化剂，其上部有导管9，管中有阀门10，由该管在5的下部与之相通，经由9、10可使5中的物质滴到催化剂上，8的上部有氧气出口11，11与4之间有氧气净化过滤装置12，其中装有净化剂，并与4相通，5、8之间可有绝热物质或散热设施13，5、8之间有内部压力平衡装置14，8的下部有物料出口15和阀门16，外壳顶部有保护帽17，侧面可装有把手或携带扣环，该装置可由塑料、金属、玻璃材料制成，其形状、尺寸大小皆可根据需要确定。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述的可产生氧气的物质可选用大于20%(重量)的过氧化氢水溶液，洗涤气体的液体可用水，8中的载体催化剂为过渡金属氧化物，如锰(Ⅳ)、铁(Ⅲ)和钴(Ⅲ)的氧化物负载于载体，例如等量的水泥和细砂(30-50目)的混合物、氧化硅、氧化铝或粘土上的载体催化剂，净化剂选用相应的催化剂与活性炭的混合物(4∶1-2)。
3.按照权利要求2的装置，其特征在于，所述的可产生氧气的物质为30%(重量)的过氧化氢水溶液，催化剂为锰(Ⅳ)、铁(Ⅲ)和钴(Ⅲ)的氧化物负载于等量的水泥和细砂(30-50目)的混合物上的载体催化剂。
4.权利要求2中所述的催化剂，其特征在于，所述载体催化剂的活性组分为过渡金属锰(Ⅳ)、铁(Ⅲ)和钴(Ⅲ)的氧化物，它们的重量比为(50-45)∶(7-5)∶1，载体可选用水泥和细砂(30-50目)的混合物、氧化硅、氧化铝或粘土，活性组分与载体之比为1∶1-2，以1∶1-1.5为最好。
5.权利要求4中的催化剂的制备方法，其特征在于，于室温按所述重量比将Mn++、Fe++和Co++的氯化物或硫酸盐和硅酸钠溶于水中，滴入氧化剂(H2O2或KMnO4)再用1∶1盐酸将溶液的PH调至8，搅拌30分钟后，陈化半小时，过滤、抽干，成型(粒状、片状、条状或无定型的)烘干，于200-300℃，最好250-300℃，焙烧20-60分钟，最好30-40分钟。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，在制备中只不加硅酸钠，加氢氧化钠使水溶液的PH为8-10，滴入30%的过氧化氢水溶液，放置陈化，倾去清液加入等量的水泥和细砂(30-50目)搅匀、成型凉干，于250-300℃焙烧半小时。
全文摘要
本发明涉及一种发生氧气的装置和其中所用催化剂及其制备方法。本发明装置的主要组成部分包括可产生氧气的物质的贮存器和上述物质与催化剂接触产生氧的反应室，以及氧气的纯化过滤装置等。可产生氧的物质为过氧化氢水溶液。过度金属氧化物负载在载体上作催化剂。本发明装置结构简单、轻便，可制成各种形式，例如可随身携带的便携式。制氧过程可连续、可调节并可随时终止，使用方便安全。适于家庭、医院、野外等急救给氧。
文档编号C01B13/02GK1049137SQ89106479
公开日1991年2月13日 申请日期1989年8月25日 优先权日1989年8月25日
发明者慈云祥, 岳载, 孙淑声, 常文保, 刘兆兰 申请人:北京大学