Войти
Способы хранения кислорода для последующего использования охватывают множество подходов, включая высокое давление в кислородных резервуарах, криогенную технику, обогащенные кислородом соединения и реакционные смеси, а также химические соединения, которые обратимо выделяют кислород при нагревании или изменении давления. O 2 - второй по важности промышленный газ.
Воздух - наиболее распространенный источник и резервуар кислорода, содержащий 20,8% кислорода. Этой концентрации достаточно для многих целей, таких как сжигание многих видов топлива, коррозия многих металлов и дыхание животных. Большинство людей могут функционировать в состоянии покоя с уровнем кислорода 15% при давлении в одну атмосферу ; такое топливо, как метан, воспламеняется до 12% кислорода в азоте.
В небольшой комнате размером 10 м 3 содержится 2,08 м 3 (2080 литров) или 2,99 кг кислорода, которые занимали бы 2,62 литра, если бы он был жидким.
Кислородные баллоны с давлением до 200 бар (3000 фунтов на квадратный дюйм) используются в промышленных процессах, включая производство стали и монеля, сварку и резку, использование медицинского газа для дыхания, дайвинг и в качестве газа для аварийного дыхания в самолетах. Небольшой стальной резервуар емкостью 16 литров для воды с рабочим давлением 139 бар (2015 psi) вмещает около 2150 литров газа и весит 28 кг (62 фунта). 2150 литров кислорода без стального бака весит около 3 кг (6,6 фунта).
Жидкий кислород в криогенном хранилище Дьюара (колба с вакуумной изоляцией) используется в авиакосмической, подводной и газовой промышленности.
Химические генераторы кислорода хранят кислород в своем химическом составе и могут использоваться только один раз.
Кислородные свечи содержат смесь хлората натрия и порошка железа, которая при воспламенении тлеет при температуре около 600 ° C (1112 ° F) и приводит к образованию хлорида натрия, оксида железа и кислорода, примерно 270 литров на кг смеси.
Некоторые коммерческие авиалайнеры используют аварийные кислородные генераторы, содержащие смесь хлората натрия (NaClO 3), 5 процентов пероксида бария (BaO 2) и 1 процент перхлората калия (KClO 4), который после возгорания реагирует с выделением кислорода в течение 12–22 минут, в то время как устройство достигает 500 ° F (260 ° C).
Система генерации кислорода « Вика», используемая на « Мир», а затем и на Международной космической станции под обозначением НАСА Solid Fuel Oxygen Generator (SFOG), основана на перхлорате лития, который выделяет около 60% своего веса в кислороде. Из всех перхлоратов перхлорат лития имеет самое высокое соотношение кислорода к весу и кислорода к объему, за исключением диперхлората бериллия, который является дорогим и токсичным. В системе Vika используется канистра, содержащая около 1 литра (2,4 кг) перхлората для выработки 600 литров (0,86 кг) кислорода, чего достаточно для одного человека в течение одного дня.
Химические генераторы кислорода, содержащие супероксид калия были использованы на Союз космических аппаратов, а в некоторых безопасности на шахтах (SCSR) самодостаточным самоспасение устройств; KO 2 реагирует как с H 2 O, так и с CO 2 с образованием кислорода, и на 1 кг супероксида образуется 0,38 кг кислорода.
Озонид тетраметиламмония ((CH 3) 4 NO 3) предлагается в качестве источника кислорода для генераторов из-за его низкой молекулярной массы, составляющей 39% кислорода.
Абсорбцию и десорбцию кислорода можно контролировать с помощью изменения давления, так называемой адсорбции при колебаниях давления (PSA) или изменения температуры, так называемого поглощения при колебаниях температуры (TSA).
Катионно-упорядоченные двойные перовскиты BaLnMn 2 O 5 + d (Ln: лантаноиды и Y) являются известными материалами для хранения кислорода, работающими в режиме PSA. В материалах наблюдается практически полный и обратимый переход между полностью восстановленным BaLnMn 2 O 5 и окисленным BaLnMn 2 O 6, который происходит при умеренных температурах (300–500 ° C) при изменении парциального давления кислорода. Свойства конкретного материала зависят от замещенного катиона Ln 3+. В этом типе материала интеркаляция кислорода происходит в вакансии и коррелирует с изменением степени окисления марганца ( окислительно-восстановительная реакция ).
Другими материалами, подходящими для работы PSA, являются материалы типа браунмиллерита, такие как La 0,6 Sr 0,4 Co 0,2 Fe 0,8 O 3-d, La 0,5 Sr 0,5 Co 0,5 Fe 0,5 O 3-d, обычно используемые в качестве катодных материалов для ТОТЭ, обладают хорошим содержанием кислорода. свойства хранения, такие как высокая емкость и низкая температура окисления. Однако материалы с высоким содержанием кобальта могут иметь нестабильность в восстановительных условиях и при более высоких температурах, например 550 ° C.
Недавно разработанные материалы, подходящие для применения в TSA, представляют собой гексагональные материалы LnMnO 3 + d (Ln: лантаноиды и Y). Стехиометрические фазы кислорода ( δ = 0), обозначаемые как Hex0, кристаллизуются в гексагональной симметрии P 6 3 см, которую можно описать как слоистую структуру, в которой слои катионов R 3+ в восьмикратной координации разделены слоями угловых слоев. общие тригональные бипирамиды Mn 3+ O 5. Очень важным свойством, с точки зрения TSA, является возможность введения значительного количества межузельного кислорода в структуру вблизи позиции Mn, что увеличивает валентность Mn выше +3. Этот процесс приводит к созданию уникальной, максимально восьмикратной координации катионов марганца и изменяет симметрию примитивной ячейки. Введение в структуру межузельного кислорода приводит к образованию насыщенных кислородом фаз различной симметрии: R 3 c ( δ ≈ 0,28, Hex1) и Pca 2 1 ( δ ≈ 0,41, Hex2). Диапазон рабочих температур этих материалов в воздушной атмосфере может составлять от 200 до 300 C и до 20 C.
Ученые из Университета Южной Дании опубликовали статью о хранении кислорода путем хемосорбции. Две молекулы дикислорода сохраняются в кристаллической соли {(bpbp) Co II2 NO 3 } 2 (2-амино-1,4-бензолдикарбоксилато) (NO 3) 2 2H 2 O при 35 Цельсия и высвобождаются при нагревании. до 100 по Цельсию. «Bpbp» представляет собой 2,6-бис (N, N-бис (2-пиридилметил) аминометил) -4- трет- бутилфенолато.
Аналогия функции кобальта, связанного с их органической молекулой, была проведена с функцией железа и меди в металлопротеинах, используемых для дыхания животных. Нитрат-анионы в кристалле обмениваются с нейтральным кислородом, но остаются в кристалле; другие анионы, помимо нитрата, действуют аналогичным образом и быстрее обмениваются кислородом. 10 литров кристаллов «достаточно, чтобы поглотить весь кислород в комнате», что в три раза больше кислорода, чем в стальном резервуаре аналогичного размера.
