СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА


RU (11) 2076416 (13) C1

(51) 6 H01S3/095, H01S3/225 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94037395/25 
(22) Дата подачи заявки: 1994.09.29 
(45) Опубликовано: 1997.03.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: R.W. Murray "Organic Chem". v.40, Singlet Oxygen. Academic Press., N.-Y., S.-Francisco, London, 1979. E.A. Mayeda et al. J. Amer. Chem. Soc., 1973, September 19, p. 6223. 
(71) Заявитель(и): Министерство Российской Федерации по атомной энергии; Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 
(72) Автор(ы): Зимин В.И. 
(73) Патентообладатель(и): Министерство Российской Федерации по атомной энергии; Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА 

Использование: квантовая электроника. Сущность изобретения: в способе получения синглетного кислорода, включающем абсорбцию газообразного кислорода жидким раствором и содержащим восстановленную форму окислителя, электрохимическое восстановление растворенного кислорода до супероксида O-2, электрохимическое одноэлектронное окисление восстановленной формы окислителя и окисление полученным продуктом супероксида O-2 до синглетного кислорода O2(1д), выводимого затем в приемник, в качестве жидкого раствора используют жидкий раствор, содержащий анионы иода I-, а в качестве приемника синглетного кислорода O2(1д) - газовую фазу над поверхностью жидкого раствора, противоположную поверхности, абсорбирующей газообразный кислород. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике, преимущественно к химическим лазерам непрерывного действия, может быть использовано при создании иодно-кислородного лазера многоцелевого назначения для получения сингетного кислорода энергоносителя лазеров этого типа.

В настоящее время известно явление перехода кислорода из стабильного (триплетного) состояния в ближайшее возбужденное (синглетное) состояние при тушении им возбужденного (триплетного) состояния сенсибилизирующего красителя. Академик А. Н. Теренин на основании правила Вигнера о сохранении суммарного спина в элементарной реакции обмена энергией представил процесс передачи энергии от сенсибилизирующего красителя S молекулярному кислороду следующей схемой:



где квадратные скобки обозначают внешние молекулярные орбитали, спаренные электроны изображены антипараллельными, а неспаренные параллельными стрелками (спинами), символ * обозначает возбужденное состояние молекулы, а символ обозначает избыток колебательной энергии (А. Н. Теренин. Фотохимия красителей и родственных органических соединений. М.-Л. изд. АН СССР, 1947).

Кроме того, известны экспериментальные исследования, в процессе проведения которых наблюдался возбужденный (синглетный) кислород, образование которого по одной из версий объяснялось окислением супероксида O-2, участвующим в реакции соответствующим реагентом-окислителем (E. W. Murray. Chemical Sources of Singlet Oxygen. In "Organic Chemistry", v. 40, Singlet Oxgen (H. H. Wasserman, et.). Academic Press. N-Y, S-Francisco, London, 1979).

Все эти случаи можно представить в виде следующей обобщенной схемы:

O-2[][]+Ox[][ ] _ O*2[][ ]+O-x[][],

где O>x соответствующий реагент-окислитель, остальные символы имеют прежний смысл. В конечном итоге к этой схеме сводятся все способы получения синглетного кислорода, в основе которых лежит гетерогенная реакция хлорирования щелочного раствора пероксида водорода, используемая в настоящее время практически во всех лабораторных образцах химического иодно-кислородного лазера непрерывного действия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ, включающий абсорбцию газообразного кислорода жидким раствором, содержащим молекулы ферроцена (С5H5)2Fe, электрохимическое восстановление растворенного кислорода до супероксида O-2, электрохимическое окисление молекул ферроцена до катионов и окисление последними супероксида O-2 до синглетного кислорода O2(1g), поглощаемого затем химической ловушкой (E. A/Mayeda and A. J. Bard. The Production of Singlet Oxygen in Electrogenerated Radical Ion Electron Transfer Reactions. In J. "Amer. Chem. Soc.", (95:19) September 19, 1973, p. 6223).

К существенным недостаткам известного способа следует отнести хорошую растворимость ферроцена только в органических растворителях. В известном способе в качестве жидкого раствора был использован раствор ферроцена в ацетонитриле CH3CN, что при выводе генерируемого потока синглетного кислорода в газовую фазу неизбежно приведет к засорению последующих трактов лазера выходящими из жидкого раствора в процессе перехода подобной гетерогенной системы к равновесному состоянию частицами, являющимися потенциальными тушителями компонентов активной среды лазера. Подобное засорение снижает коэффициент полезного действия всей системы.

К недостаткам известного способа следует отнести также недостаточную стабильность жидкого раствора, так как входящий в его состав растворитель - ацетонитрил, если судить по положительному значению стандартной мольной энергии Гиббса

G= 100,4 кДж/моль,

соответствующей образованию этого вещества, должен понижать упомянутую характеристику жидкого раствора. К тому же ацетонитрил токсичен; предполагается, что предельно-допустимая концентрация ацетонитрила в воздухе составляет 0,002 Кроме того, наличие в системе органических реагентов в контакте с кислородом должно существенно повышать взрывои пожароопасность системы.

При разработке предлагаемого способа решалась задача, связанная с исключением условий, приводящих к засорению генерируемого потока синглетного кислорода частицами потенциальными тушителями компонентов активной среды лазера, и поиском условий, обеспечивающих стабильсное состояние электролита в процессе работы электрохимической системы.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе получение синглетного кислорода, включающем абсорбцию газообразного кислорода жидким раствором, содержащим восстановленную форму окислителя, электрохимическое восстановление растворенного кислорода до супероксида O-2 электрохимическое одноэлектронное окисление восстановленной формы окислителя и окисление полученным продуктом супероксида O-2 до синглетного кислорода O2(1g), выводимого затем в приемник, в качестве жидкого раствора используют жидкий раствор, содержащий анионы иода I-, например, водный раствор иодистого калия, а в качестве приемника синглетного кислорода O2(1g)-газовую фазу над поверхностью жидкого раствора, противоположную поверхности, абсорбирующей газообразный кислород.

В предлагаемом способе механизм образования синглетного кислорода по сравнению со способом-прототипом практически не изменится, поскольку окислительная способность атома иода превышает окислительную способность катиона ферроцена



в то время как супероксида O-2 окислительная способность значительно ниже

O-2 _ 0,44 эВ _ O*2+e-,

где символ * как и прежде обозначает возбужденное синглетное состояние.

Равновесный потенциал обратимой относительной аниона электродной полуреакции



составляет = +0,536B 0,536 В, т.е. в два с лишним раза ниже равновесного потенциала окислительно-восстановительной электродной полуреакции

что обеспечивает режим работы электрохимической системы в области, соответствующей стабильному состоянию электролита.

Эффективно решена в предлагаемом способе и проблема очищения генерируемого потока синглетного кислорода от примеси частиц потенциальных тушителей компонентов активной среды оптического резонатора лазера, так как в процессе становления равновесного состояния между жидкой и газовой фазами в поток синглетного кислорода будут подмешиваться в макроколичествах наряду с парами воды только пары иода, частично диссоциированного и ионизированного. Поскольку пары иода являются составной частью активной среды лазера, они не могут быть отнесены к вредным примесям.

Технический результат, получаемый с помощью предлагаемой совокупности признаков и выражающийся в генерации потока синглетного кислорода O2(1g) с уменьшенным примерно на две трети (по сравнению с достигнутым к настоящему времени уровнем) количеством примесей потенциальных тушителей компонентов активной среды лазера, а также в возможности работы электрохимической системы в режиме, обеспечивающем стабильное состояние электролита, не достигнут ни одним из выявленных в процессе анализа современного уровня техники известных способов получения синглетного кислорода для химических йодно-кислородных лазеров непрерывного действия.

Предлагаемый способ получения синглетного кислорода реализуют следующим образом.

К поверхности электролита водного раствора иодистого калия со стороны размещения катода подводят газообразный кислород, который после абсорбции электролитом восстанавливают на катоде до супероксида O-2. Эти анионы кислорода вместе с присутствующими в электролите анионами иода I- под действием электрического поля перемещаются к аноду, где анионы иода I-, окисляют до атомов иода I.

Благодаря выбранным соответствующим образом концентрации иодистого калия и объему межэлектродного пространства формируют в непосредственной близости от поверхности анода слой атомов иодна, на внешней по отношению к аноду границе которого осуществляют окисление супероксида O-2 до синглетного кислорода O2 ((1g)) и восстановление атомов иода до анионов иода I-. Синглетный кислород посредством концентрационной диффузии выходит в газовую фазу через поверхность электролита, противоположную поверхность, абсорбирующей газообразный кислород. Убыль супероксида O-2 в этой области будет восполняться притоком от катода под действием электрического поля, а убыль атомов иода - притоком от анода в результате концентрационной диффузии.

Использование предлагаемого способа генерации синглетного кислорода позволяет создать химический йодно-кислородный лазер непрерывного действия многоцелевого назначения в наиболее экономичном на данный момент исполнении с точки зрения технологии изготовления, эксплуатации и обеспечения экологической чистоты. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ получения синглетного кислорода преимущественно для химического иодно-кислородного лазера непрерывного действия, включающий абсорбцию газообразного кислорода жидким раствором, содержащим восстановленную форму окислителя, электрохимическое восстановление растворенного кислорода до супероксида O-2 электрохимическое одноэлектронное окисление восстановленной формы окислителя и окисление полученным продуктом супероксида O-2 до синглетного кислорода O2(1g), выводимого затем в приемник, отличающийся тем, что в качестве жидкого раствора используют жидкий раствор, содержащий анионы иода I-, а в качестве приемника синглетного кислорода O2(1g) газовую фазу над поверхностью жидкого раствора, противоположную поверхности, абсорбирующий газообразный кислород.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru