[发明专利]航天废弃物中氧的水热回收方法

说明书

本发明针对长期航天任务中环控生保系统内部的实际需求，提供一种回收航天废弃物中氧以提高生保系统内部氧循环闭合程度的新方法。其特点是：首先利用水热反应系统获得含氧的混合气体，再利用变温冷凝的方式定向分离得到二氧化碳，最后利用Sabatier反应系统制备氧气。该工艺在实现航天废弃物中氧的资源化回收的同时，还可以实现废弃物中有害病菌的灭菌处理，避免有害气体对航天员身体健康造成危害。回收氧气过程中产生的固体残渣在航天生保系统内部可以作为植物培养基质、空间辐射屏障材料和吸附材料使用。

技术领域

本发明涉及一种航天任务中产生的废弃物中氧回收的方法，属于环境保护领域内航天废弃物资源化处理的新技术，尤其适合于长期航天任务中空间站和星球基地中产生的废弃资源循环再生利用。

背景技术

固体废弃物在地面上能够便利地通过填埋和焚烧等技术进行处理，但是这些技术应用于航天废弃物的处理很受限制。据估算长期航天任务中每人每天产生废弃物1.69kg，在6人180天的火星探测任务中总共会产生废弃物1825kg，会占用航天器内部空间28.5m³。此外，废弃物还会滋生有害病菌并释放出有害气体，危害航天员的身体健康。在短期航天任务中物资容易补给，但在长期航天任务中氧气、水、食物和其他物资的补给很受限制。因此，在长期航天任务中提高生保系统内部的物质循环闭合程度十分必要，需要对长期航天任务中产生的废弃物进行资源化利用。通过从固体废弃物中回收有价资源，在提高物质循环闭合程度的同时，也能够降低物资补给量和补给成本。

在长期航天任务中，从地面进行氧气、水、食物等物资的补给将会受到严重限制，其中氧气是长期航天任务中非常宝贵的物资。目前，从航天员呼吸中产生的CO₂中再生O₂是环控生保系统(ECLSS)内部维持氧循环的主要方式，但是该方式的氧循环效率相对较低。与地面废弃物相比，航天废弃物中氧含量更高。若能回收航天废弃物中大量的氧，可以提高ECLSS中氧的物质循环闭合程度。目前，国内外开展了大量面向航天任务中废弃物资源化处理技术的研究，这些技术主要包括焚烧、湿式氧化、蒸汽重整、电化学氧化和生物处理等方法。水热处理技术凭借其独特的优势成为资源化处理航天废弃物的备选技术之一。在水热处理过程中，随着反应温度升高，相界面间的传质阻力会减弱直至消失，显著提高反应速率。水热技术操作简单，对原料的适应范围广，尤其适用于处理含水率高的废弃物，不需要进行脱水预处理。针对长期航天任务生保系统内部氧循环闭合程度较低的特点，本发明提出了从航天废弃物中回收氧以提高生保系统内部氧循环闭合程度的新思路，确立了一种水热回收航天废弃物中氧的新方法，整个过程在密闭系统中进行操作，不造成环境污染，是资源化处理航天废弃物的理想工艺。

发明内容

本发明针对长期航天任务生保系统内部的实际需求，提供一种回收航天废弃物中氧以提高生保系统内部氧循环闭合程度的新方法。

本方法具备以下特点：

1、能够实现航天废弃物中氧的资源化回收，效率高。

2、能够实现实际航天废弃物中的有害病菌的灭菌处理，避免有害气体对航天员身体健康造成危害。

3、回收过程中产生的固体残渣在航天生保系统内部具有广阔应用潜力，可作为植物培养基质、空间辐射屏障材料和活性炭吸附材料。

本发明按以下步骤完成：

1、将航天废弃物冷冻破碎，然后加入反应釜中，再加入水，混合均匀；加入反应釜内的固液比例为1g:8mL～1g:40mL。

2、密封高压反应釜，升温至预设温度后，开始计时；反应温度范围为240～400℃，反应时间为0～90min。

3、反应结束后，自然冷却至室温，然后打开高压釜阀门，利用气体收集设备收集气体产物，得到含氧化合物。