Selection of optimal conditions for the synthesis of products for chemical regeneration of air in human life support systems | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Chimia – Tomsk State University Journal of Chemistry. 2025. № 39. DOI: 10.17223/24135542/39/8

Selection of optimal conditions for the synthesis of products for chemical regeneration of air in human life support systems

To absorb carbon dioxide and other gaseous products of human vital activity and generate oxygen necessary for respiration in the life support systems of manned orbital complexes and civil aviation aircraft, regenerative products (RP) based on peroxide compounds of alkaline metals, preferably potassium peroxide (KO2), are used. A technology for the production of RP is proposed, which consists in the preparation of an alkaline solution of hydrogen peroxide (a triple system of KOH-H2O2-H2O), its application to a matrix of ceramic highly porous cellular materials (HPCM) and subsequent dehydration. In order to prevent the decomposition of peroxide products of the triple KOH-H2O2-H2O system, a search was carried out for substances capable of acting as inhibitors of this process, i.e., to have a stabilizing effect. Magnesium sulfate, potassium silicate and sodium pyrophosphate are proposed as stabilizers for the decomposition of peroxide products. It has been experimentally shown that the best stabilizer of the triple KOH - H2O2 - H2O system in contact with the matrix from the HPCM is magnesium sulfate, the optimal molar ratio in the synthesis of the regenerative product is determined in the amount of H2O2/MgSO4 > 700/1. It is determined that the maximum content of the target component in the synthesis product is achieved with a molar ratio of H2O2/KOH equal to ~ 1.75. The influence of temperature on the kinetics of the decomposition process of peroxide products of the triple KOH-H2O2-H2O system in the presence of a matrix of HPCM was evaluated. It is shown that during the implementation of the production cycle, it is advisable to maintain the temperature of the KOH-H2O2-H2O triple system no higher than 250C. A technological process has been developed for the synthesis of a regenerative product from hydrogen peroxide and potassium hydroxide on a matrix from HPCM. Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.

Keywords

life support systems, air regeneration, manned spacecraft, ceramic highly porous cellular materials (HPCM), matrices, potassium peroxide, hydrogen peroxide, potassium hydroxide, stabilizers, magnesium sulfate, dehydration, optimal synthesis conditions

Authors

NameOrganizationE-mail
Zakharov Innokenty V.Corporation “Technodinamika”inokentyz@yandex.ru
Grunsky Vladimir N.D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russiagrunskii.v.n@muctr.ru
Ferapontov Yuri A.Corporation “Roshimzachita”iuryferapontov@yandex.ru
Ferapontova Lyudmila L.Corporation “Roshimzachita”ferapontova2005@yandex.ru
Gasparyan Mikael D.D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russiagasparian.m.d@muctr.ru
Всего: 5

References

Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королева в первом десятиле тии ХХІ века. М. : РКК «Энергия», 2011. 832 с.
Вольнов И.И. Перекисные соединения щелочных металлов. М. : Наука, 1980. 161 с.
Захаров И.В., Ферапонтова Л.Л., Ферапонтов Ю.А., Путин С.Б. Системы жизнеобес печения пилотируемых космических кораблей и судов гражданской авиации, методика оценки дисперсного состава перекисных соединений щелочных металлов // Альтернативная энергетика и экология. 2021. № 25-27 (382-384). С. 147-159.
Грунский В.Н., Гаспарян М.Д., Захаров И.В., Ферапонтов Ю.А. и др. Продукты для химической регенерации воздуха в системах жизнеобеспечения человека на основе керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов // Огнеупоры и техническая керамика. 2021. № 3-4. С. 14-19.
Пат. 2765943 РФ. МПК С04В 38/00. Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых регенеративных материалов / Ферапонтов Ю.А., Захаров И.В., Грунский В.Н., Гаспарян М.Д. Заявл. 17.11.2021; опубл. 07.02.2022; бюл. № 4. 9 с.
Ферапонтов Ю.А., Жданов Д.В., Ульянова М.А. и др. К вопросу о выборе стабилиза тора взаимодействия щелочи и пероксида водорода при синтезе супероксида калия // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76, вып. 11. С. 1909-1910.
Ферапонтов Ю.А., Ульянова М.А., Жданов Д.В. Влияние материала реактора на ста бильность щелочного раствора пероксида водорода // Химическая технология. 2005. № 1. С. 15-18.
Химия и технология перекиси водорода / под ред. Г.А. Серышева. Л. : Химия, 1984. 200 с.
Макаров С.З., Добрынина Т.А. Изучение систем с концентрированной перекисью водорода. Сообщение 9. Тройная система LiOH-H2O2-H2O. // Известия АН СССР. Отделение химических наук. 1955. № 3. С. 411-414.
Ферапонтов Ю.А., Ульянова М.А., Сажнева Т.В. Кинетика и механизм распада перекисных соединений жидкой фазы системы KOH-H2O2-H2O в емкостях из различных материалов // Журнал прикладной химии. 2009. Т. 82, вып. 5. С. 772-777.
Ferapontov Yu.A., Ulyanova M.A, Sazhneva T.V. Parameters of Li2O2'№O Crystallization from the LiOH-H2O2-H2O Ternary System // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2008. Vol. 53 (10). P. 1635-1640.
Шамб У., Сеттерфилд Ч., Вентворс Р. Перекись водорода. М. : Иностр. лит., 1958. 578 с.
Пат. 2500613 РФ. МПК С01В 15/37. Способ стабилизации щелочного раствора пероксида водорода / Ферапонтова Л.Л., Ферапонтов Ю.А., Путин С.Б. Заявл. 27.06.2013; опубл.10.12.2013; бюл. № 34.
Пат. 2810279 РФ. МПК С01В 38/00. Способ получения продукта для химической регенерации воздуха в системах жизнеобеспечения пилотируемых летательных аппаратов / Ферапонтов Ю.А., Захаров И.В., Гаспарян М.Д., Грунский В.Н., Заявл. 15.02.2022; опубл. 25.12.2023; бюл. № 4. 9 с.
Seyb E., Kleinberg J. Determination of superoxid oxygen // J. Am. Chem. Soc. 1951. Vol. 73. Art. 2308.
Ферапонтов Ю.А., Ульянова М.А., Путин С.Б. и др. Регенеративные продукты нового поколения: технология и аппаратурное оформление. М. : Машиностроение-1,2007. 156 с.
Эммануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М. : Высш. школа, 1962. 414 с.
 Selection of optimal conditions for the synthesis of products for chemical regeneration of air in human life support systems | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Chimia – Tomsk State University Journal of Chemistry. 2025. № 39. DOI: 10.17223/24135542/39/8

Selection of optimal conditions for the synthesis of products for chemical regeneration of air in human life support systems | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Chimia – Tomsk State University Journal of Chemistry. 2025. № 39. DOI: 10.17223/24135542/39/8

Download full-text version
Counter downloads: 67