Magazynowanie tlenu
Metody przechowywania tlenu do późniejszego wykorzystania obejmują wiele podejść, w tym wysokie ciśnienie w zbiornikach tlenu , kriogeniki , związki bogate w tlen i mieszaniny reakcyjne oraz związki chemiczne , które w sposób odwracalny uwalniają tlen po podgrzaniu lub zmianie ciśnienia. O 2 jest drugim najważniejszym gazem przemysłowym.
Powietrze
Powietrze jest najczęstszym źródłem i rezerwuarem tlenu, zawiera 20,8% tlenu . To stężenie jest wystarczające do wielu celów, takich jak spalanie wielu paliw, korozja wielu metali i oddychanie zwierząt. Większość ludzi może funkcjonować w spoczynku przy poziomie tlenu wynoszącym 15% przy ciśnieniu jednej atmosfery ; paliwo takie jak metan jest palne do 12% tlenu w azocie.
W małym pomieszczeniu o powierzchni 10 m 3 znajduje się 2,08 m 3 (2080 litrów), czyli 2,99 kg tlenu, który zajmowałby 2,62 l, gdyby był płynny.
Wysokie ciśnienie
Butle z tlenem o ciśnieniu do 200 bar (3000 psi) są wykorzystywane w procesach przemysłowych, w tym przy produkcji stali i monelu , spawaniu i cięciu, medycznym gazie oddechowym, nurkowaniu oraz jako awaryjny gaz oddechowy w samolotach. Mały stalowy zbiornik o pojemności 16 litrów i ciśnieniu roboczym 139 bar (2015 psi), mieści około 2150 litrów gazu i waży 28 kilogramów (62 funty). 2150 litrów tlenu bez stalowego zbiornika waży około 3 kilogramów (6,6 funta)
kriogeniczny
Ciekły tlen w dewarze kriogenicznym (kolba z izolacją próżniową) jest stosowany w przemyśle lotniczym, okrętach podwodnych i gazownictwie.
Chemiczne generatory tlenu
Chemiczne generatory tlenu przechowują tlen w swoim składzie chemicznym i mogą być używane tylko raz.
Świece tlenowe zawierają mieszankę chloranu sodu i proszku żelaza , który po zapaleniu tli się w temperaturze około 600 ° C (1112 ° F) i daje chlorek sodu , tlenek żelaza i tlen w ilości około 270 litrów na kg mieszanki.
Niektóre samoloty pasażerskie używają awaryjnych generatorów tlenu zawierających mieszaninę chloranu sodu (NaClO 3 ), 5 procent nadtlenku baru (BaO 2 ) i 1 procent nadchloranu potasu (KClO 4 ), które po zapłonie reagują uwalniając tlen przez 12 do 22 minut, podczas gdy urządzenie osiągnie 500 ° F (260 ° C).
Vika , używany na Mirze , a później na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pod nazwą NASA Generator tlenu na paliwo stałe (SFOG), jest oparty na nadchloranie litu , który uwalnia około 60% swojej masy w postaci tlenu. Ze wszystkich nadchloranów nadchloran litu ma zarówno najwyższy stosunek tlenu do masy, jak i stosunek tlenu do objętości, z wyjątkiem dinadchloranu berylu, który jest drogi i toksyczny. System Vika wykorzystuje kanister zawierający około 1 litr (2,4 kg) nadchloranu do wytworzenia 600 litrów (0,86 kg) tlenu, co wystarcza jednej osobie na jeden dzień.
Chemiczne generatory tlenu zawierające nadtlenek potasu były używane na statku kosmicznym Sojuz oraz w niektórych urządzeniach bezpieczeństwa kopalnianego Self-Contained Self-Rescue (SCSR) ; KO 2 reaguje zarówno z H 2 O, jak i CO 2 , tworząc tlen, a na 1 kg nadtlenku powstaje 0,38 kg tlenu.
Ozonek tetrametyloamoniowy ((CH 3 ) 4 NO 3 ) jest proponowany jako źródło tlenu dla generatorów ze względu na jego niską masę cząsteczkową, wynoszącą 39% tlenu.
Odwracalne absorbery chemiczne
Absorpcja i desorpcja tlenu może być kontrolowana za pomocą zmiany ciśnienia, tzw. adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) lub zmiany temperatury, tzw. absorpcji zmiennociśnieniowej (TSA).
perowskity uporządkowane kationowo BaLnMn 2 O 5+d (Ln: lantanowce i Y) są znanymi materiałami magazynującymi tlen pracującymi w trybie PSA. Materiały wykazują praktycznie całkowitą i odwracalną zmianę między całkowicie zredukowanym BaLnMn 2 O 5 a utlenionym BaLnMn 2 O 6 , która zachodzi w umiarkowanych temperaturach (300–500 °C) podczas zmian ciśnienia cząstkowego tlenu. Właściwości danego materiału zależą od podstawionego kationu Ln 3+ . W tego typu materiałach interkalacja tlenowa występuje w wakansach i jest skorelowany ze zmianą stopnia utlenienia manganu ( reakcja redoks ).
Innymi materiałami odpowiednimi do działania PSA są materiały typu brownmilleryt , takie jak 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 , powszechnie stosowane jako materiały katodowe dla SOFC wykazują pewną ilość dobrego tlenu właściwości magazynowania, takie jak duża pojemność i niska temperatura utleniania. Jednak materiały o zasięgu kobaltu mogą cierpieć z powodu niestabilności w warunkach redukujących i wyższych temperaturach, takich jak 550 ° C.
materiały LnMnO 3+d (Ln: lantanowce i Y). Fazy stechiometryczne tlenu ( δ = 0), oznaczane jako Hex0, krystalizują w heksagonalnej symetrii P 6 3 cm , którą można opisać jako strukturę warstwową, w której warstwy kationów R 3+ w ośmiokrotnej koordynacji są oddzielone warstwami narożnych dzieląc trygonalny Mn 3+ O 5 bipiramidy. Bardzo ważną właściwością z punktu widzenia TSA jest możliwość wprowadzenia znacznej ilości tlenu śródmiąższowego do struktury w pobliżu miejsca Mn, co powoduje wzrost wartościowości Mn powyżej +3. Proces ten prowadzi do powstania unikalnej, maksymalnie ośmiokrotnej koordynacji kationów manganu i zmienia symetrię pierwotnej komórki. Wprowadzenie tlenu śródmiąższowego do struktury powoduje powstanie faz nasyconych tlenem o różnych symetriach: R 3 c ( δ ≈ 0,28, Hex1) i Pca 2 1 ( δ ≈ 0,41, Hex2). Zakres temperatur pracy tego typu materiałów w atmosferze powietrza może wynosić od 200-300 ˚C do 20 ˚C.
Naukowcy z University of Southern Denmark opublikowali artykuł na temat magazynowania tlenu przez chemisorpcję. Dwie cząsteczki tlenu są przechowywane w krystalicznej soli {(bpbp)Co II 2 NO 3 } 2 (2-amino-1,4-benzenodikarboksylano)(NO 3 ) 2 ·2H 2 O. w temperaturze 35 stopni Celsjusza i uwalniane przez ogrzewanie do 100 stopni Celsjusza. „Bpbp” oznacza 2,6-bis(N,N-bis(2-pirydylometylo)aminometylo)-4- tert -butylofenolano.
analogii funkcji kobaltu związanego z ich cząsteczką organiczną do funkcji żelaza i miedzi w metaloproteinach wykorzystywanych do oddychania zwierząt. Aniony azotanowe w krysztale są wymieniane na obojętny ditlen , ale pozostają w krysztale; inne aniony oprócz azotanów działają podobnie i szybciej wymieniają tlen. 10 litrów kryształów „wystarczy, aby wchłonąć cały tlen w pomieszczeniu”, czyli trzy razy więcej tlenu niż stalowy zbiornik o takiej samej wielkości.