一种小型便携式氧烛初步研究

2020-06-12尹吉庆王廷群吴传淑

山东化工 2020年8期

尹吉庆,王廷群,吴传淑

(武警后勤学院基础部，天津 300309)

高原武警部队在执行各种任务时，需要经常面对缺氧环境。伤员在救治的黄金时间内能否及时吸氧，是影响伤死率和战伤救治能力的重要因素。目前武警部队单兵便携式供养装备主要是氧气袋。氧气袋，装氧少，不易携带，在实际的使用并不能满足部队需求。现有的制氧设备造价高，体积大、不易携带，武警部队尚没有适合单兵携带的小型制氧装备。按不同的方法制氧技术分物理制氧、化学制氧两大类。物理制氧基本方法是利用物理原理从空气中分离出氧气，包括变压吸附、薄膜分离、低温精馏等。化学制氧主要通过化学反应从含氧化合物中制取氧气，如水的电解、超氧化物、氯酸钠氧烛等。在诸多制氧方法中，变压吸附制氧方法和氯酸盐氧烛制氧法比较适合于便携小型制氧装备。变压吸附制氧方法比较适合于研制小型便携式制氧机，此设备可应用于小型野战医疗所。氯酸盐或高氯酸盐生氧技术，俗称氧烛，一般是由碱金属氯酸盐和一定量的催化剂、抑氯剂、助燃剂、粘结剂等混合压制或浇铸而成。氧烛同体积下产氧量是压缩氧的3倍，体积小巧便携，而且产氧过程中不需要其他动力，几乎不受外界条件影响的特点。比较稳定，与水不发生反应，有效存储时间长[1]。现在在潜艇、矿山和空间站等领域氧烛已经被广泛应用。

1 氯酸盐氧烛制氧

富氧的氯酸盐被点火装置引燃后，在催化剂的作用下发生化学反应，同时产生高温燃烧掺杂其中的金属粉末，不断产生热量，将反应持续下去，一直产生氧气。这跟蜡烛自主燃烧类似，形象的将这种产氧方式成为氧烛。用化学方程式表示为：

2NaClO3=2NaCl+3O2↑

产生的氧气含少量氯的化合物ClO2等杂质，需经过滤材料过滤后方可使用。氯酸钾是最早的氧烛氧源，但后来被氯酸钠慢慢取代。相比氯酸钾，氯酸钠不易吸水、燃点低等特点。再者，为改善性能提高效率，在氧烛中还经常添加易燃金属、催化剂、抑氯剂和玻璃纤维等[2]。

2 一种小型便携式的氧烛方案

在地下工程、煤矿或空间站等封闭空间内，氧气的主要来源就是供氧装置供氧，保持空间氧气浓度在18.0%～23.0%之间。在伤员受伤至到达救护点之间过程中，可以采用小型便携式氧烛由医护人员手持或绑在腰间来为伤员提供氧气。综合资料论文分析，暂定每枚小型氧烛的产氧量为240L，由点火装置、金属件外筒、药柱、送气管等构件组成。因氧烛燃烧时温度过高，为便于手持使用，降低外壁温度，采用硅酸铝玻璃纤维棉包裹药块[3]。

表1 氧烛药柱配方 %

按照以上配方配比精确称量各药块，放入混料机器内搅拌均匀，制作加工氧烛药块模具。将混好的材料放入模具内，置入油压机中加以一定压力压制药块。然后将压好的药块在烘箱内烘干，作为下药块。上药块装配点火装置，将上下药块绑在一起放入金属筒中，在金属筒内壁上放置隔热材料，顶部装入一定量的过滤材料。

将做好的氧烛点火引燃，观察其启动情况，同时测量其产氧量、产氧时间，并进一步观察燃烧过程中是否稳定，温度变化和剩余残留物等情况。设计对照试验，逐项改变各种材料的质量配比，仔细分析各种因素对效果的影响，根据实验效果最后筛选出最优方案。

3 抑制氯气产生方法原理

制氧材料中含少量杂质氯，遇水会生产氯化氢，其在高温条件下与氯酸盐发生化学反应，产生含氯化合物，如氯气、氯氧化物及次氯酸等。化学反应式如下:

式中，M为碱金属。

另外，氧烛中的玻璃纤维等其他物质也能造成氯气的产生。氯气对人体是有毒性的，空气中氯气的含量不允许超过0.001 mg /L。必须采取措施抑制氯气的产量，普遍的做法是在配方中添加3 %～5 %碱性化合物，以过氧化钡最为常见[4]，它会与氯气发生如下化学反应，从而达到吸收氯气的目的。

试验证明，BaO2不仅与氯气反应产生氧气，也会造成氧烛药块的温度升高，所以BaO2一向是氧烛抑氯剂的常用试剂。但是BaO2是有一定毒性的，少量颗粒被吸入后对呼吸道、眼睛和皮肤产生很强的刺激，长时间接触会导致口腔糜烂，严重的造成腹泻、血压增高、脱发等病症。有文献提出用无毒的Li2O2代替BaO2作为氧烛的抑氯剂[5]，下一步可进一步设计实验验证。