Los métodos de almacenamiento de oxígeno para su uso posterior abarcan muchos enfoques, incluidas altas presiones en tanques de oxígeno , criogenia , compuestos y mezclas de reacción ricos en oxígeno y compuestos químicos que liberan oxígeno de manera reversible al calentarse o al cambiar la presión. El O 2 es el segundo gas industrial más importante.
El aire es la fuente y reserva más común de oxígeno, ya que contiene un 20,8 % de oxígeno . Esta concentración es suficiente para muchos propósitos, como la combustión de muchos combustibles, la corrosión de muchos metales y la respiración de los animales. La mayoría de los seres humanos pueden funcionar en reposo con un nivel de oxígeno del 15 % a una presión de una atmósfera ; [1] un combustible como el metano es combustible hasta con un 12 % de oxígeno en nitrógeno.
Una habitación pequeña de 10 metros cúbicos tiene 2,08 metros cúbicos (2080 litros) o 2,99 kg de oxígeno que ocuparía 2,62 litros si fuera líquido. [2]
Los tanques de oxígeno que contienen presiones de hasta 200 bar (3000 psi) se utilizan para procesos industriales, incluida la fabricación de acero y monel , soldadura y corte, gas respirable médico, buceo y como gas respirable de emergencia en aeronaves. Un pequeño tanque de acero de 16 litros de capacidad de agua con una presión de trabajo de 139 bar (2015 psi), contiene aproximadamente 2150 litros de gas y pesa 28 kilogramos (62 lb). [3] 2150 litros de oxígeno, sin el tanque de acero, pesan aproximadamente 3 kilogramos (6,6 lb)
El oxígeno líquido en un recipiente dewar (frasco aislado al vacío) de almacenamiento criogénico se utiliza en las industrias aeroespacial, submarina y de gas.
Los generadores de oxígeno químico almacenan oxígeno en su composición química y solo pueden usarse una vez.
Las velas de oxígeno contienen una mezcla de clorato de sodio y polvo de hierro , que cuando se enciende arde a unos 600 °C (1112 °F) y produce cloruro de sodio , óxido de hierro y oxígeno, aproximadamente 270 litros por kg de mezcla.
Algunos aviones comerciales utilizan generadores de oxígeno de emergencia que contienen una mezcla de clorato de sodio ( NaClO 3 ), peróxido de bario al 5 por ciento ( BaO 2 ) y perclorato de potasio al 1 por ciento ( KClO 4 ), que después de la ignición, reacciona liberando oxígeno durante 12 a 22 minutos mientras la unidad alcanza los 500 °F (260 °C).
El sistema de generación de oxígeno Vika , utilizado en la Mir y posteriormente en la Estación Espacial Internacional bajo la denominación de la NASA Solid Fuel Oxygen Generator (SFOG) , se basa en perclorato de litio , que libera aproximadamente el 60% de su peso en oxígeno. De todos los percloratos, el perclorato de litio tiene la mayor relación oxígeno-peso y oxígeno-volumen, excepto el diperclorato de berilio, que es caro y tóxico. El sistema Vika utiliza un recipiente que contiene aproximadamente 1 litro (2,4 kg) de perclorato para generar 600 litros (0,86 kg) de oxígeno, suficiente para una persona durante un día.
En la nave espacial Soyuz y en algunos dispositivos de rescate autónomo (SCSR) de seguridad minera se utilizaron generadores químicos de oxígeno que contenían superóxido de potasio ; el KO2 reacciona tanto con H2O como con CO2 para producir oxígeno, y se generan 0,38 kg de oxígeno por kg de superóxido.
El ozónido de tetrametilamonio ( (CH 3 ) 4 NO 3 ) [4] se propone como fuente de oxígeno para generadores debido a su bajo peso molecular, siendo 39% oxígeno. [5]
La absorción y desorción de oxígeno se puede controlar mediante un cambio de presión, llamada absorción por cambio de presión (PSA), o mediante un cambio de temperatura, llamada absorción por cambio de temperatura (TSA).
Las perovskitas dobles de orden catiónico BaLnMn 2 O 5+d (Ln: Lantánidos e Y) son materiales de almacenamiento de oxígeno conocidos que funcionan en modo PSA. Los materiales muestran un cambio prácticamente completo y reversible entre BaLnMn 2 O 5 totalmente reducido y BaLnMn 2 O 6 oxidado , que ocurre a temperaturas moderadas (300–500 °C) durante los cambios de la presión parcial de oxígeno. Las propiedades del material en particular dependen del Ln sustituido.+3catión. En este tipo de material, la intercalación de oxígeno ocurre en las vacantes y se correlaciona con un cambio del estado de oxidación del manganeso ( reacción redox ). [6]
Otros materiales adecuados para la operación PSA son los materiales de tipo brownmillerita como 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 , comúnmente utilizados como materiales de cátodo para SOFC exhiben algunas buenas propiedades de almacenamiento de oxígeno como alta capacidad y baja temperatura de oxidación. Sin embargo, los materiales ricos en cobalto pueden sufrir inestabilidad en condiciones reductoras y temperaturas más altas como 550 °C. [7]
Los materiales desarrollados recientemente adecuados para aplicaciones de TSA son los materiales hexagonales LnMnO 3+d (Ln: Lantánidos e Y). [8] Las fases estequiométricas de oxígeno ( δ = 0), denotadas como Hex0, cristalizan en la simetría hexagonal P 6 3 cm que se puede describir como una estructura en capas en la que se forman capas de R+3Los cationes en coordinación óctuple están separados por capas de Mn trigonométrico que comparten vértices.+3Bipirámides de O 5 . Una propiedad muy importante, desde el punto de vista de la TSA, es la posibilidad de la introducción de una cantidad significativa de oxígeno intersticial en la estructura cerca del sitio Mn, lo que aumenta la valencia de Mn por encima de +3. Este proceso conduce a la creación de una coordinación única, máxima de ocho veces, de los cationes manganeso y cambia la simetría de la celda primitiva. La introducción de oxígeno intersticial en la estructura da como resultado la formación de fases cargadas de oxígeno que tienen diferentes simetrías: R 3 c ( δ ≈ 0,28, Hex1) y Pca 2 1 ( δ ≈ 0,41, Hex2). El rango de temperatura de funcionamiento de ese tipo de materiales en una atmósfera de aire podría ser tan bajo como 200-300 ˚C y tan estrecho como 20 ˚C. [9]
Científicos de la Universidad del Sur de Dinamarca publicaron un artículo sobre el almacenamiento de oxígeno por quimisorción. Dos moléculas de dioxígeno se almacenan en una sal cristalina {(bpbp)Co II 2 NO 3 } 2 (2-amino-1,4-bencenodicarboxilato)(NO 3 ) 2 ·2H 2 O. a 35 Celsius, y se liberan al calentar a 100 Celsius. [10] "Bpbp" es 2,6-bis(N,N-bis(2-piridilmetil)aminometil)-4- tert -butilfenolato.
Se ha hecho una analogía entre la función del cobalto unido a su molécula orgánica y la función del hierro y el cobre en las metaloproteínas que utilizan los animales para la respiración. Los aniones nitrato del cristal se intercambian con dioxígeno neutro , pero permanecen en el cristal; otros aniones además del nitrato funcionan de manera similar e intercambian oxígeno más rápido. 10 litros de cristales son "suficientes para absorber todo el oxígeno de una habitación", tres veces más oxígeno que un tanque de acero de tamaño equivalente. [11]
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