تخزين الأكسجين

تشمل طرق تخزين الأكسجين" لاستخدامه لاحقاً العديد من الطرق، بما في ذلك تخزينه تحت ضغط عالي في خزانات الأكسجين، التبريد، والمركبات الغنية ومخاليط التفاعل الغنية بالأكسجين والمركبات الكيميائية التي نُطلق الأكسجين عند التسخين أو تغير الضغط. ويعتبر الاكسجين هو ثاني أهم الغازات الصناعية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الهواء

الهواء هو المصدر والخزان الأكثر شيوعاً للأكسجين، حيث يحتوي على 20.8٪ أكسجين. هذا التركيز كافٍ للعديد من الأغراض، مثل احتراق العديد من أنواع الوقود، وتآكل العديد من المعادن، وتنفس الحيوانات. يستطيع معظم البشر العمل في حالة راحة بمستوى أكسجين يبلغ 15٪ عند ضغط واحد جو;[1]وقود مثل ميثان قابل للاشتعال حتى 12٪ من أكسجين في النيتروجين.

غرفة صغيرة مساحتها 10 meter3 بها 2.08 meter3 (2080 لتراً) أو 2.99 كگم من الأكسجين تشغل 2.62 لتراً إذا كانت سائلة.[2]


الضغط العالي

تستخدم خزان أكسجين التي تحتوي على ضغوط تصل إلى 200 بار (3000 psi) للعمليات الصناعية بما في ذلك تصنيع الصلب و مونل، واللحام والقطع، وغاز التنفس الطبي، والغوص وكدعم احتياطي للطوارئ في الطائرات.

يحمل خزان فولاذي صغير سعة 16 لتراً من المياه مع ضغط تشغيل 139 بار (2015 psi) حوالي 2150 لتراً من الغاز ويزن 28 kilograms (62 lb) فارغ.[3] ويزن 2150 لتر من الأكسجين 3 kilograms (6.6 lb)

التبريد

يستخدم الأكسجين السائل في قارورة تخزين قارص (دورق معزول بالتفريغ) في صناعات الطيران والغواصات والغاز.

مولدات الأكسجين الكيميائي

تخزن مولدات الأكسجين الكيميائي الأكسجين في تركيبته الكيميائية، ويمكن استخدامه مرة واحدة فقط.

تحتوي شموع الأكسجين على مزيج من كلورات الصوديوم و الحديد المسحوق، والذي ينتج عند إشعاله عند درجة حرارة 600 °C (1,112 °F) دخان كثيف وينتج عنه كلوريد الصوديوم، أكسيد الحديد، والأكسجين حوالي 270 لتراً لكل كيلوغرام من الخليط.

تستخدم بعض الطائرات التجارية مولدات أكسجين للطوارئ والتي تحتوي على خليط من كلورات الصوديوم (NaClO3)، و 5 بالمائة فوق أكسيد الباريوم (BaO2) و 1 بالمائة فوق كلورات الپوتاسيوم (KClO4)، والتي تتفاعل بعد الاشتعال مع إطلاق الأكسجين لمدة 12 إلى 22 دقيقة بينما تصل الوحدة إلى 500 °F (260 °C).

يعتمد نظام توليد الأكسجين ڤيكا، المستخدم في مير ولاحقاً محطة الفضاء الدولية تحت تصنيف ناسا مولد أكسجين الوقود الصلب (SFOG) يعتمد على فوق كلورات الليثيوم، الذي يطلق حوالي 60٪ من وزنه في الأكسجين. من بين جميع الفوق كلورات، تحتوي فوق كلورات الليثيوم على أعلى نسبة من الأكسجين إلى الوزن والأكسجين إلى الحجم، باستثناء ثنائي كلورات البريليوم باهظ التكلفة والسام. يستخدم نظام Vika علبة تحتوي على حوالي 1 لتر (2.4 kg) من قوق كلورات لتوليد 600 لتر (0.86 kg) من الأكسجين، وهو ما يكفي لشخص واحد ليوم واحد.

تم استخدام مولدات الأكسجين الكيميائي المحتوية على أكسيد البوتاسيوم الفائق في مركبة الفضاء سويوز وفي بعض أجهزة الإنقاذ الذاتي المستقل (SCSR) القائمة على السلامة في المناجم؛ يتفاعل H2O و CO2 لإنتاج الأكسجين، ويتولد 0.38 kg من الأكسجين لكل كگم من الأكسيد الفائق.

أوزونيد رباعي ميثيل الأمونيوم ((CH3)4NO3)[4] تم اقتراحه كمصدر للأكسجين للمولدات بسبب وزنه الجزيئي المنخفض، كونه يمثل 39٪ أكسجين.[5]

الماصات الكيميائية العكسية

يمكن التحكم في امتصاص وامتزاز الأكسجين باستخدام تغيير الضغط، ما يسمى بـ امتزاز تأرجح الضغط (PSA) أو تغير درجة الحرارة، ما يسمى امتصاص تأرجح درجة الحرارة (TSA).

الكاتيون مزدوج رتبة الپيروڤسكايت BaLnMn2O5+d (Ln: Lanthanides and Y هي مواد معروفة لتخزين الأكسجين تعمل في وضع PSA. تُظهر المواد تغيراً كاملاً وقابلاً للعكس عملياً بين BaLnMn2O5 والمؤكسد BaLnMn2O6، الذي يحدث في درجات حرارة معتدلة (300–500 °C) أثناء تغيرات الضغط الجزئي للأكسجين. تعتمد خصائص مادة معينة على الكاتيون Ln3+ البديل. في هذا النوع من المواد، يحدث إدخال الأكسجين في الأماكن الشاغرة ويرتبط بتغير حالة أكسدة المنگنيز ( تفاعل الأكسدة والاختزال).[6]

المواد الأخرى المناسبة لعملية PSA هي الملرين البني - وهي مواد من نوع مثل La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d, La0.5Sr0.5Co0.5Fe0.5O3-d، يشيع استخدامها كمواد كاثود لـ SOFC تعرض بعض خصائص تخزين الأكسجين الجيدة مثل السعة العالية ودرجة حرارة الأكسدة المنخفضة. ومع ذلك، قد تعاني المواد التي تصل إلى الكوپالت من عدم الاستقرار في تقليل الحالات وارتفاع درجات الحرارة مثل 550 °C.[7]

المواد المطورة حديثاً والمناسبة لتطبيقات TSA هي مواد سداسيةLnMnO3+d (Ln: Lanthanides and Y).[8]تتبلور الأطوار المتكافئة للأكسجين (δ = 0)، المشار إليها بـ Hex0، في التناظر السداسي P63cm والذي يمكن وصفها على أنها بنية متعددة الطبقات يتم فيها فصل طبقات الكاتيونات R3+ بتنسيق ثمانية أضعاف بواسطة طبقات ثلاثية مشتركة الزوايا Mn3+O5 بيبيراميدز. من الخصائص المهمة للغاية، من وجهة نظر TSA، إمكانية إدخال كمية كبيرة من الأكسجين البيني في البنية بالقرب من موقع Mn، مما يزيد من تكافؤ Mn إلى أعلى من +3. تؤدي هذه العملية إلى إنشاء تنسيق فريد من نوعه بثمانية أضعاف من كاتيونات المنگنيز وتغيير تناسق الخلية البدائية. يؤدي إدخال الأكسجين البيني في الهيكل إلى تكوين أطوار محملة بالأكسجين لها تناظرات مختلفة: R3c (δ ≈ 0.28, Hex1) و Pca21 (δ ≈ 0.41, Hex2). نطاق درجة حرارة التشغيل لهذا النوع من المواد في الغلاف الجوي، يمكن أن يصل إلى 200-300 درجة مئوية وضيق مثل 20 درجة مئوية.[9]

نشر العلماء في جامعة جنوب الدنمارك ورقة حول تخزين الأكسجين عن طريق الامتصاص الكيميائي. يتم تخزين جزيئين من ديوكسجين في ملح بلوري {(bpbp)CoII2NO3}2(2-amino-1,4-benzenedicarboxylato)(NO3)2·2H2O. عند 35 درجة مئوية، ويتم إطلاقها بالتسخين إلى 100 درجة مئوية.[10] "Bpbp" is 2,6-bis(N,N-bis(2-پيريديل ميثيل)أمينوميثيل)-4-ثالثي-بوتيل فينولاتو.

تم إجراء تشبيه لوظيفة الكوبالت المرتبطة بجزيئاتها العضوية بوظيفة الحديد و النحاس في الپروتينات المعدنية المستخدمة للتنفس بواسطة الحيوانات. يتم تبادل الأنيونات النترات في البلورة مع ديوكسجين متعادل ولكنها تبقى في البلورة؛ تعمل الأنيونات الأخرى إلى جانب النترات بشكل مشابه وتتبادل الأكسجين بشكل أسرع. 10 لترات من البلورات "كافية لامتصاص كل الأكسجين في الغرفة"، ثلاثة أضعاف الأكسجين من خزان فولاذي بحجم مكافئ.[11]

انظر أيضاً

المراجع

  1. ^ http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/zoo00/zoo00755.htm Archived 2015-02-26 at the Wayback Machine Oxygen and Human Requirements
  2. ^ 2 meter x 2 meter x 2.5 meter = 10 meter3 times concentration and density of oxygen at STP
  3. ^ http://www.alspecialtygases.com/Prd_high-pressure_steel.aspx High-Pressure Steel Compressed Gas Cylinder Sizes
  4. ^ قالب:Cite journal0.38 kg
  5. ^ http://www.google.com/patents/US3139327 U.S.Patent 3,139,327
  6. ^ Klimkowicz, Alicja; Świerczek, Konrad; Zheng, Kun; Wallacher, Dirk; Takasaki, Akito (June 2017). "Oxygen release from BaLnMn2O6 (Ln: Pr, Nd, Y) under reducing conditions as studied by neutron diffraction". Journal of Materials Science. 52 (11): 6476–6485. doi:10.1007/s10853-017-0883-2. ISSN 0022-2461.
  7. ^ Klimkowicz, Alicja; Świerczek, Konrad; Takasaki, Akito; Dabrowski, Bogdan (April 2014). "Oxygen storage capability in Co- and Fe-containing perovskite-type oxides". Solid State Ionics. 257: 23–28. doi:10.1016/j.ssi.2014.01.018.
  8. ^ Klimkowicz, Alicja; Świerczek, Konrad; Kobayashi, Shuntaro; Takasaki, Akito; Allahyani, Wadiah; Dabrowski, Bogdan (February 2018). "Improvement of oxygen storage properties of hexagonal YMnO3+δ by microstructural modifications". Journal of Solid State Chemistry. 258: 471–476. doi:10.1016/j.jssc.2017.10.037.
  9. ^ Klimkowicz, Alicja; Cichy, Kacper; Chmaissem, Omar; Dabrowski, Bogdan; Poudel, Bisham; Świerczek, Konrad; Taddei, Keith M.; Takasaki, Akito (2019). "Reversible oxygen intercalation in hexagonal Y 0.7 Tb 0.3 MnO 3+δ : toward oxygen production by temperature-swing absorption in air". Journal of Materials Chemistry A. 7 (6): 2608–2618. doi:10.1039/C8TA09235D. ISSN 2050-7488. OSTI 1491217.
  10. ^ Sundberg, Jonas; Cameron, Lisa J.; Southon, Peter D.; Kepert, Cameron J.; McKenzie, Christine J. (2014). "Oxygen chemisorption/desorption in a reversible single-crystal-to-single-crystal transformation" (PDF). Chemical Science. 5 (10): 4017. doi:10.1039/C4SC01636J. ISSN 2041-6520.
  11. ^ Oxygen chemisorption/desorption in a reversible single-crystal-to-single-crystal transformation
الكلمات الدالة:
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=تخزين_الأكسجين&oldid=2483364"