化学氧碘激光器中 BHP溶液的稳定性

2005/3/18/15:9    BHP(basic hydrogen peroxide)溶液是碱性过氧化氢溶液的简称，由过氧化氢和强碱（KOH或NaOH）制备而成的不稳定粘性溶液（H₂O₂ + OH^－ O₂H^－+ H₂O）。与氯气发生化学反应，产生化学氧碘激光器（COIL）的能源给体O₂(¹△)。因此，BHP溶液作为COIL的主要燃料，稳定性是激光器输出功率稳定的关键之一。BHP的化学不稳定性表现在：BHP溶液中存在大量泡沫，当氯气及载气流经单重态氧发生器时，就会夹带大量的液体进入光腔，导致实验失败。


    由化学动力学分析影响BHP溶液稳定的因素（温度、催化剂等），得出BHP溶液稳定的主要因素是溶液温度，指出过氧氢根离子 (O₂H^－)和过氧化氢的分解（H₂O₂→H₂O + O₂↑ ，O₂H^－→2OH^－+ O₂↑）是导致BHP溶液不稳定的原因，即过氧氢根离子和过氧化氢的浓度变化能反映BHP溶液的稳定性。利用化学平衡原理对BHP溶液中的过氧氢根离子(O₂H^－)和过氧化氢的浓度进行了计算，并开启低温恒温槽，设定配制温度。当恒温槽达到恒温时，清洗和干燥溶液冷冻杯，加入已知体积的过氧化氢，待溶液温度恒定后，再缓慢加入事先配制好的50% KOH溶液，用玻棒搅拌，进液速度使溶液温度恒定在事先设定的溶液配制温度左右，配制BHP溶液。


    采用化学滴定法测量实验浓度。（总碱分析：向干燥洁净的具塞锥形瓶加入50mL去离子水，再加入BHP溶液0.50mL，振荡均匀后，加入指示剂酚酞2d，以0.05mol/L的H₂SO₄标准溶液滴定，溶液由红色变为无色为滴定终点，记录滴定所消耗体积，平行测定3次。总过氧化物的分析：向干燥洁净的具塞锥形瓶加入H₂SO₄（8+92）溶液50ml，再加入BHP溶液100mL，振荡均匀后，以0.02 mol/L KMnO₄ 标准溶液滴定，溶液由无色变为粉色，并在30s内不消失即为终点，记录滴定所消耗体积，平行测定3次。H₂O₂的浓度为总过氧化物的浓度减去总碱的浓度）。

讨论了BHP溶液在不同配制温度、保存条件下的稳定性变化（过氧氢根离子和过氧化氢的浓度变化），结果显示：BHP溶液在-10~ -14℃大气配制，过氧氢根离子和过氧化氢的测量浓度与理论浓度基本一致，BHP溶液保存48h后，其稳定性没有变化，溶液的凝固对其稳定性也无明显的影响，可以将BHP溶液在低于其冰点的温度下保存。粘度是BHP溶液重要的理化参数，其大小直接影响着溶液的泡沫特性，试验表明粘度随溶液温度降低而急剧增大。