基本信息
- 项目名称：
- 便携式自动控温制氧机设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品的一方面是依据高锰酸钾在高温下受热分解释放氧气的原理制取氧气。将高锰酸钾和蒙脱土进行插层复合，得到了一种性能更加优良的纳米复合材料，这样在一定程度上实现了氧气缓释的目的。本作品的另一方面是一实用新型，提供了与上述复合材料相配套的一种便携式自动控温制氧机。
- 详细介绍：
- 本作品的一方面是依据高锰酸钾在高温下受热分解释放氧气的原理制取氧气。将高锰酸钾和蒙脱土进行插层复合，得到了一种性能更加优良的纳米复合材料，这样在一定程度上实现了氧气缓释的目的。 在上述原理的基础上本研究采用超声法首先制得分散均匀的纳米粉体——高锰酸钾粉体，再利用超声及集热式恒温磁力搅拌过程制备了高锰酸钾/无机蒙脱土复合材料，并应用透射电子显微镜、红外光谱分析仪、X射线衍射分析仪、热失重分析仪等对不同高锰酸钾含量的高锰酸钾/无机蒙脱土复合材料的形貌及结构进行了研究。测试结果表明，该材料在微观上以纳米级分散，分布均匀，力学相容性等方面均有显著的提高。 本作品的另一方面是一实用新型，提供了与上述复合材料相配套的一种便携式自动控温制氧机，其特点在于：用导气管连接加热制氧部分装置及净化润湿、暂存缓冲部分装置。本装置的优点是：构件少，无切换阀门等易损件，故障率低；可根据需要连续或间歇式的制氧，无负压和变压过程，重量轻，结构紧凑，体积小；电源加热方便易得，加热可通过单片机自动控温，随制随停；由蓄电池，无外界电源时仍可制氧。 另外，本实用新型提供了一种便携式制氧机的外观设计方案，其特点在于：1、重量轻，结构紧凑，体积小；2、设有拉手和提手，携带方便，根据需要可拉可提；3、适用于营房、病房、办公室、住宅和保健场所，也适人员外出携带；4、工作稳定可靠，无需专门操作人员特别照管，安全可靠，从而克服了现有技术的不足。 在本实验及其装置的设计中，实验条件温和，操作简便， 成本低廉，同时在医学和生活中都将有着广阔的应用，如果将 其投入工业生产，一定会有着良好的应用前景。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本设计提供了一种便携式自动控温制氧机，主要研究了一种新型实用固体储氧材料即将过氧碳酸钠嵌入蒙脱土中，重点研究利用过氧碳酸钠与水反应的主产物氧气储存以备使用，并将其副产物碳酸钠循环利用，最后设计制作一种简便易携带的装置来储存氧气，使装置内的物质能够多次循环利用制造氧气，以备更多的人群广泛使用。 我们首先用湿法工艺制备过氧碳酸钠，将饱和碳酸钠水溶液与一定浓度的过氧化氢水溶液加入间歇式或连续式结晶器中，添加适当的过氧碳酸钠稳定剂，控制反应温度进行反应得到过氧碳酸钠料浆，经结晶、过滤、干燥而得产品。由于湿法工艺的反应是在溶液中进行，工艺简单，技术成熟，操作容易，产品质量相对稳定，因此湿法工艺是目前国内外普遍采用的方法。常用的溶剂法工艺流程如下： 配好的碳酸钠溶液加入反应器，然后加入有机溶剂(乙醇或异丙醇) ，并加可溶性镁盐和硅酸钠稳定剂，此时加入一定浓度的过氧化氢，反应温度控制在0～5 ℃，生成的过氧碳酸钠经离心分离、干燥为成品，,母液蒸馏回收溶剂后循环使用。然后将过氧碳酸钠嵌入载体蒙脱土中制成固体混合物，由于双氧水在二氧化锰催化下产生水和氧气，因此可以利用过氧碳酸钠复合物与水反应，产生碳酸钠和氧气，并将该步产生的氧气与双氧水产生的氧气一起储存起来。我们还利用自行设计的装置将反应物过氧碳酸钠复合物和双氧水，主产物氧气，副产物碳酸钠各自储存起来，让这些物质在使用时能够有序有效的通过控制装置进行反应。
科学性、先进性
- 本设计中的所用到的过氧碳酸钠不仅制备工艺简单、原料易得，而且用途相当广泛，是一种具有很大发展前途的新型氧化剂。我国虽然有些地区开始了过氧碳酸钠生产，但生产能力远远不能满足实际生产的需要，与日本、美国等发达国家相比，只处于初级阶段并且受生产规模较小(一般为千t/a 规模)、原材料价格偏高、过氧化氢质量及生产过程中有效氧损失等因素的影响,成本较高,在国内外市场缺乏竞争力。尤其在医用方面需要投入财力与精力来研究，发挥过氧碳酸钠的巨大潜能，在急用时能为人们提供高效清洁的氧气。 在本设计中首先制备出过氧碳酸钠固体，并将其嵌入载体蒙脱土中，通过一定的有效控制方法使其与水反应产生大量氧气，能够在急用时通过一定的装置将氧气及时释放出来供医用。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品在2010年9月参加西北师范大学举办的第八届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获三等奖。 该作品已经向国家专利局提出申请并已获得授权专利
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 普通许可
作品可展示的形式
- 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品立意新颖，原理简单，成本低廉，有利于进一步规模化生产。仪器装置与实验的设计进过严谨的理论论证，达到了较高的技术水平。可作为医院、家庭以及野外使用的便携式储氧设备使用，其可循环制氧的构思充分体现了绿色环保的思想，在上述领域应具有较高的开发前景。
同类课题研究水平概述
- 目前在国内外较少有便携式制样机的设计，本研究处于较高水平
