固体过氧化物或超氧化物为化学源产生单重态氧的方法技术

本发明专利技术涉及单重态氧的产生，具体地说是固体过氧化物或超氧化物为化学源产生单重态氧的方法，在室温条件、真空压力条件下，以无机固体的碱金属或碱土金属的过氧化物或超氧化物为化学源，与卤素气体发生化学反应产生单重态氧；其为一系列产生单重态氧的高效、安全、具有可放大性好，适应性强的化学反应体系；该反应体系产生的单重态可应用于氧碘化学激光器中或其它需要单重态氧的领域，这种反应体系避免了使用不稳定的易爆性和强腐蚀性的化学品，如高浓度过氧化氢溶液；这些方法高效、安全、紧凑、操作简单；不需要额外的电能、光能和热能，放大性好；而且可根据不同的工作环境选择不同的反应方式，具有很强的适应性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单重态氧的产生，具体地说是，其为一系列产生单重态氧的高效、安全、具有可放大性好，适应性强的化学反应体系。这一系列化学反应是以固体碱金属或碱土金属过氧化物或超氧化物为原料与卤素气体和水以不同的反应方式产生单重态氧。这些产生单重态氧化的方法可应用于氧碘化学激光器(COIL)中，也可应用于医学、生物和有机合成化学等其它领域中。
技术介绍
单重态氧(1Δg)是基态氧(3∑g-)的第一电子激发态，比基态氧的能量高出22.5kJ/mol，而且其激发态寿命长达45～70min，因此自1924年第一次发现单重态氧(1Δg)以来，因其高氧化活性、高能量载体及寿命长等特殊性质，广泛用作氧化剂，能量传输载体，对单重态氧的研究，包括其发现、物理和化学的性能研究，以及在各领域的应用研究已经有很长的历史，而且仍为国际当前的研究热点，尤其在光动力肿瘤治疗、有机合成化学、环境废水的处理及氧碘化学激光器(COIL)中的广泛应用，这些在许多文献中均有阐述。氧碘化学激光器是单重态氧的重要应用领域之一，自从1978年氧碘化学激光器由美国的McDermott W.E.等演示成功以后，经过近二十几年的发展，氧碘化学激光器现已发展到相当的规模和水平，输出功率已可达百万瓦，光束质量可近衍射极限；由于它的高亮度特性，而且化学激光不需要庞大的电源或光源等特点，可放大性好；另外，还由于其波长为1.315μm，非常适合于用光纤将激光传输到所需要的地方，且传输损失小，使用方便灵活，与材料耦合性好；所以氧碘化学激光器在工业加工和军事应用方面均具有重要的应用前景。单重态氧是氧碘化学激光器中的泵浦能源，通过气态单重态氧分子与气态的碘分子混合碰撞，使气态碘分子解离为碘原子，然后再将单重态氧分子与碘原子发生近共振碰撞传能使碘原子激发至激发态，激发态的碘原子跃迁发出波长为1.315μm的近红外激光，在此过程中大约需要5个单重态氧的分子的能量才能将一个碘分子解离成2个激发态的碘原子，因此单重态氧发生体系的性能对氧碘化学激光器的性能有至关重要的影响。自从单重态氧被发现以来，发现了多种多样产生单重态氧化的方法，目前文献报导的可产生单重态氧的方法大致可以分为三类。第一类方法是气体放电方法，如微波放电法、射频放电法和直流放电法等，这类方法通过气体放电可直接在气相中产生单重态氧，但是由于O2(3∑g-)→O2(1Δg)是自旋禁戒的，单重态氧的产生效率一般比较低，在气相中的浓度只有百分之十几；而且放电气体中含有其它等离子体，成份复杂；另外要产生高功率的氧碘激光器则需要庞大的电源设备，放大较为困难。第二类为光化学方法，其中一种就是通过直接光泵浦液氧的方法，或直接光解臭氧的方法，这二种方法与气体放电法一样效率低，还需要庞大的光源。另外还有一种就是光敏化的方法，这是产生单重态氧的极为重要的方法，原理是通过光源对光敏剂的照射，光敏剂由基态激发至单重态，经过系间窜越产生光敏剂的三重态，其三重态再与基态氧发生碰撞传能从而产生单重态氧，这一方法高效安全，不涉及有毒害和爆炸性物品，故该方法广泛应用于化学合成、生物和医学等领域中，尤其是光动力治疗肿瘤(PDT)应用，但是由于其需要额外的光源以及过程主要是在溶液中进行，另外气固光敏化方法效率远比溶液中低，因此其放大性困难，所以在COIL中难于应用。除上述二类方法外，还有第三类化学反应法，即通过化学反应能量使含有过氧离子成份的反应物释放激发成单重态氧，这样的化学反应多种多样，如有机超氧化合物与水反应法、臭氧与三芳基亚磷酸盐的复合物热解法、过氧酸碱解法、有机过氧化物热解法、过渡金属-氧的络合物分解法等，这些方法因反应物易爆易燃、难于合成及不易操作，不具放大性。另外就是目前应用于氧碘化学激光器(COIL)中碱性的过氧化氢溶液与氯气的气—液化学反应体系，其反应方程式如下2MOH+H2O2(aq)+Cl2→O2(1Δg)+2MCl+2H2O (1)反应方程式(1)中的M代表碱金属或他们的混合物。这一反应产生单重态氧的效率非常高，但这一反应过程是在液相中发生的，反应体系中含有大量的水，而液态水对单重态氧和激发态碘原子的猝灭比较严重，要迅速从液相中抽提出气态的单重态氧比较困难，所以发生器的操作压力相应比较低；因为是强放热反应，反应需在较低温度下发生，需额外的冷却系统，所以造成氧碘激光器设备复杂庞大；而且反应所使用的化学物品为有毒和爆炸性物品，如高浓度的过氧化氢溶液，使操作过程复杂且不安全。最近有文献报导一种气固化学反应产生单重态氧的方法，就是用无机过氧化物与气态的卤化氢气体反应产生单重态氧，其反应方程式如式(2)M2O2+2HX(orDX)→1/2O2(1Δg)+2MX+H2O(D2O) (2)反应方程式中的M代表碱金属，X代表卤素原子。该气—固反应体系反应过程中同时产生了水；该反应热比较大，反应积热严重；另外气固体反应接触面积小，反应速率慢，反应产物难于脱出固体表面等缺陷，使得其产出率低，比较难于放大应用。上述这些因素阻碍了氧碘化学激光器进一步的推广应用，尤其是中小型氧碘激光器在工业加工中的应用。基于高效安全的产生单重态氧使氧碘化学激光器得到更为广泛的应用，寻求发展一种新的、能克服以上缺点的产生单重态氧发生的方法就具有非常重要的意义。
技术实现思路
因此本专利技术目的在于是提供一种可以高效安全的；避免了使用庞大复杂的机械设备的产生单重态氧的方法，反应体系低重量、易放大、操作简单。为达到上述的目的，本专利技术采用的技术方案为，在室温条件、真空压力条件下，以无机固体的碱金属或碱土金属的过氧化物或超氧化物为化学源，与卤素气体和液体反应物以不同的方式进行化学反应产生单重态氧。这些化学反应不需要外部提供能源如光能，电能和热能。所述反应压力通常可为5＜P＜700torr；所述化学反应可采用如下形式的任意一种；A.采用气—固反应方式反应，即卤素气体通过无机固体过氧化物或超氧化物粉末层直接反应；B.采用气—固—液反应方式反应，即无机固体的碱金属或碱土金属的过氧化物或超氧化物粉末搅拌下先悬浮分散在惰性有机液体中，再通入卤素气体反应；其中惰性有机液体与固的质量比范围为3-30；C.采用气—固—液—液反应方式反应，即固体无机过氧化物或超氧化物粉末、惰性有机液体、液体反应物呈固—液—液三层分布，然后搅拌同时通卤素气体反应；体系中的惰性有机液体与固体的质量比范围3-30；惰性有机液体与液体反应物的质量比范围3-15，液体反应物指参加反应历程的水或重水。所述惰性有机液体可以是四氯化碳、三氯甲烷或氟氯烷烃化合物；卤素气体可以是氟气、氯气或溴气；液体反应物可以是液态蒸馏水、液态重水；固体无机过氧化物可以是碱金属的过氧化物、碱土金属的过氧化物、碱金属的超氧化物；碱金属的过氧化物可以是过氧化锂、过氧化钠或过氧化钾；碱土金属的过氧化物可以是过氧化锶或过氧化钡；碱金属的超氧化物可以是超氧化钠或超氧化钾。对于气—固反应方式，是在室温下，真空压力条件下，在固定床式反应器中，固体碱金属的过氧化物或超氧化物，或碱土金属的过氧化物粉末分别直接与卤素气体如氯气反应产生单重态氧，即在固定床式反应器中，过氧化钠、过氧化锂、过氧化钡、过氧化锶及超氧化钾等固体粉末分别与卤素气体如氯气直接反应。当固体反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
固体过氧化物或超氧化物为化学源产生单重态氧的方法，其特征在于：在室温条件、真空压力条件下，以无机固体的碱金属或碱土金属的过氧化物或超氧化物为化学源，与卤素气体发生化学反应产生单重态氧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆伟，陈方，桑凤亭，金玉奇，多丽萍，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]