过氧化氢对尿液处理的稳定作用研究
载人航天器舱内环境由环境控制和生命支持系统维持，长期载人航天任务中从尿液回收水对生命支持系统水循环和再补给产生重大影响。尿液是航天器中水回收和管理系统的重要来源之一，尿液是包含大量的无机物和有机物组成的水溶液，其中含量较大的包括尿素、氯化钠、其他盐和各种酸，这些物质能占尿液总重的3%~4%(wt.)。
由于尿液富含有机物，在收集存储时易发生微生物定殖，导致尿素水解产生氨气和铵盐，形成生物膜，导致沉淀和结垢，损害尿液收集存储处理设备和污染航天器舱内的大气环境。为了完成在太空的尿液回收，必须通过添加预处理化学品来收集和稳定尿液，达到控制尿液微生物繁殖和稳定尿液中化学物质的目的。
因此，在汉斯出版社《国际航空航天科学》期刊中，有论文研究开展过氧化氢处理尿液等实验，研究过氧化氢在对尿液稳定化作用，以及对过氧化氢在处理尿液过程中产生挥发性有机物的情况进行分析，以探索适合于航天飞行任务中低毒性低风险尿液预处理化学品。
目前，在航天任务中使用的尿液预处理化学品是氧化杀菌剂和无机酸组合，氧化性杀菌剂包括六价铬(CrO3)、次氯酸钠(NaOCl)、碘化有机物和Oxone[过氧单硫酸钾(KHSO5)、硫酸氢钾(KHSO4)和硫酸钾(K2SO4)的混合物]等，而使用的无机酸包括浓硫酸、磷酸和盐酸等。
国际空间站上尿液预处理方式不尽相同，俄罗斯舱段采用的是三氧化铬和浓硫酸组合；而美国舱段采用的Oxone和浓硫酸组合，均使用浓硫酸保证储存尿液呈酸性。虽然这些预处理方法是有效的，但因其强氧化性，引入强致癌性的六价铬及采用浓酸条件，这使得尿液在处理时会产生有毒的挥发性有机物，并对整个处理过程提出了多重密封要求。于此，寻找低风险低毒性的尿液预处理方式成了必然的需求。已有学者测试非氧化杀菌剂(季铵和苯甲酸钠)和有机酸组合在尿液处理中使用。基于过氧化氢产生羟基自由基的高级氧化技术广泛地应用于饮用水和有机废水等处理中，对于有机污染物能够有效地降解，最终生成水和二氧化碳。
通过实验揭示：向尿液加入过氧化氢能够抑制尿素水解，并在尿液处理过程中不会产物挥发性含硫化合物。尽管尿液含有有机物种类多，化学成份复杂，通过过氧化氢处理，可以将其中的无机物和有机物氧化并消除气味，降低毒性并提高可降解性，以及控制微生物生长等作用，使用时不存在像其他氧化剂存在化学残留物等问题。过氧化氢与水互溶，其使用安全性与其浓度有关，通过本实验研究使用极低浓度的过氧化氢可以控制尿液中微生物繁殖和抑制尿素水解，达到稳定尿液的目的。但是由于太空收集的机组人员尿液具有较高的钙浓度，会给尿液处理化学品的适用性带来新的挑战，需要对此做进一步的研究。
这项研究提供的数据表明：0.014%过氧化氢可以抑制尿素水解，从而稳定尿液，在酸性条件下，过氧化氢对尿液的稳定作用会增强。向尿液添加过氧化氢能降低尿液在存储处理过程中产生的挥发性有机物，特别是含硫化合物，降低了恶臭气味。因此，可以得出结论：过氧化氢可以在中性或酸性条件下稳定尿液，并能够减少尿液在存储过程中产生的挥发性有机物，是一种符合低风险低毒性的尿液预处理化学品。
文章来源：https://doi.org/10.12677/JAST.2020.84015