بخشی از مقاله
چکیده:
تله اکسیژن باز تولید کننده که از یک ماده جذب کننده اکسیژنی متشکل از یک محلول جامد اکسید های فلزی استفاده می کند هم دارای قابلیت رسانایی یونی از طریق یون های O2 وهم دارای رسانندگی الکتریکی غیر صفر می باشد.ماده ای که بخشی از مداری را تشکیل می دهد و شامل یک منبع الکتریسیته است.
ماده از طریق عبور یک جریان از ان از یک گاز خنثی به صورت تقلیل یافته آن تبدیل می شود که در ان صورت برای جذب اکسیژن گازی موثر است.
مقدمه:
لزوم توانایی در استفاده ازگاز های معین که تمامی اکسیژن آن ها درطول واکنش های شیمیایی ازآنها جداشده،سبب تولید تله های گوناگون شده است.
بدین منظور ساخت تله های اکسیژنی صورت گرفت که به دو شکل بازتولید کننده وغیربازتولیدکننده می باشد . که عمدتا از فلزات ویا اکسید های فلزی به سبب میل ترکیبی شیمیایی آن ها بااکسیژن استفاده می شود.
منظور از باز تولید کننده ویا غیر باز تولید کننده آن است که امکان استفاده مجدد - احیا کننده - ویا عدم امکان استفاده مجدد - نا احیا کننده - از تله را فراهم میسازد.
فلزاتی که عمدتا مورده استفاده قرار می گیرند عبارت اند از: تیتا نیوم و زیر کونیوم ،که سبب تشکیل تله های بسیار عالی به دلیل میل ترکیبی بالای که خودبا اکسیژن دارند می شوند.
اما هنگامی که فلزات بالا در حالت اولیه خود مورده استفاده قرار می گیرند،به سرعت اثر بخشی خود را از دست خواهند داده ولایه ای اکسید روی سطح آن تشکیل می شود که مانع ازتثبیت اکسیژن می گردد.
نکته قابل ذکر آن است که می توان از مواد دیگری هم به عنوان تله ی اکسیژنی استفاده کرد، اما معا یبی که ایجاد می کنند، باعث شده کمتر مورده استفاده قرار گیرند به عنوان مثال: منیزیم مایع یک تله بسیار کار آمد اکسیژن است، اما مشکلی که وجود دارد ورود اکسید منیزیم به گازهای تصفیه شده است.
مس هم نیز می تواند به عنوان ماده ای برای جمع آوری اکسیژن استفاده شود.تله های تولید شده با مس این مزیت را دارند که از نوع تله های باز تولید کننده هستند واز طریق عمل عبور هیدروژن بر روی اکسید مس ایجاد میشوند.
اما این سیستم منا سب همه ی کاربرد ها نیست زیرا که هیدروژن پس از باز تولید درمس جذب می شود.
درکل هدف این تله غلیه بر معایب مختلف، که دو مورد از آن به طور خلاصه در فوق مطرح گردید و ارائه ی دام اکسیژنی با اثر بخشی بالا که به طور سریع وقابل اطمینان بتواند اکسیژن موجود را از بین برده ومیزان آن در طول تمام فرایند ثابت بماند می باشد.
توضیحات:
تله اکسیژن متشکل از یک محفظه بسته که به عنوان ابزار پذیرفتن گاز حاوی اکسیژن و خارج کردن گاز تصفیه شده عمل می کند.
ویژگی تله اکسیژن این است که درون محفظه جرمی وجود دارد که ترجیحا از قالبی شکل گرفته شده از محلولی جامد از اکسید های فلزی که از طریق یون هایO2 یک رسانایی یونی ویک رسانایی الکتریکی غیر صفر را به آن انتقال می دهد. که این جرم نیز وارد یک جریان الکتریکی متشکل از یک منبع الکتریسیته مثل مولد جریان مستقیم یا یکسو می شود.
قالب باید تا درجه خاصی افزایش دما پیدا کند تا رسانایی های یونی والکتریکی ذکر شده به میزان محسوسی خود را نشان دهند بدین منظور از یک کوره در تله استفاده می شود.
محلول های جامد بیان شده ترجیحا از یک"اکسید باز" با ظرفیت 4 مانند دی اکسید زیر کونیوم . دی اکسید توریم یا دی اکسید هافنیم و یک"ماده حل شده" متشکل از حداقل یک اکسید فلز با ظرفیت پایین مثل اکسید ایتریوم . اکسید کلسیم . اکسید منیزییم یا خاک های کمیاب شکل گرفته اند.
حل شدن اکسید با ظرفیت کمتر در اکسید با ظرفیت4 منجر به ایجاد شبکه ای با تهی جای های اکسیژن یا مکان های اشغال نشده ای می شود که ویژگی رسانای جریان الکتریکی را به صورت یون های اکسید به این محلول های جامد منتقل می کند.
به علاوه محلول های جامد باید شامل یک اکسید باشد که ویژگی های رسانایی الکتریکی را به آن انتقال دهد. این کارکرد گاها توسط اکسید باز و گاها توسط ماده حل شده انجام می پذیرد.
در شیوه ای دیگر یک اکسید فلز را می توان به صورت مفیدتری مورد استفاده قرار داد مانند اکسید سریم یا یکی از چند اکسید فلز های واسطه.
اکسید سریم را می توان حداقل به عنوان اکسید باز در تله های اکسیژنی که برای تصفیه سازی نسبتا محدود به کار می روند استفاده کرد.که اگر تلاش برای تصفیه سازیه بیشتری در این تله رخ دهد منجربه فلز سریمی می شود که تمایل به پذیرفتن ظرفیت 3 را دارد در این صورت اکسید حاصل تبدیل به رسانای الکتریکی خالص می شود.
یک اکسید باز توسط دی اکسید زیر کونیوم شکل می گیرد که محلول های جامد به دست آمده رسانایی های یونی ای دارند که در دمای تقریبا 600 درجه سلسیوس محسوس هستند.
محلول های جامد این تله که تا حد بالایی به ترتیب دارای ویژگی های رسانایی یونی و الکتریکی هستند، متشکل از دی اکسید زیر کونیوم و اکسید ایتریوم واکسید سریم که به ترتیب با درصد وزنی %86 و%10 و %4 می باشند.
محلول های جامد استفاده شده در این تله زمانی که وارد جریان الکتریکی شوند قادر به رساندن جریان الکتریکی هستند که این رسانایی با تبدیل این محلول جامد به "صورت تقلیل یافته" همراه بوده و اکسیژن در حالت گازی اش حذف می شود.
در مورد ترکیب های ذکر شده در فوق می توان اختلاف پتانسیل را از چند ولت تا چندین ولت تغییر داد.
محلول های جامد در صورت تقلیل یافته خود به محض قطع جریان الکتریسته میل ترکیب پذیری قابل ملاحظه ای با اکسیژن دارند.
به طوری که صد گرم از این محلول جامد می تواند تقریبا یک لیتر اکسیژن را به تله بیندازد.این میل ظرفیتی را برای حذف اکسیژن به محلول جامد در صورت تقلیل یافته آن می دهد که امکان افزایش میزان تصفیه سازی به فشار جزئی اکسیژن تا کمتر از10-20 وحتی 10-30 را فراهم می آورد.
میل ترکیب پذیریه این محلول های جامد تقریبا مشابه با تیتانیوم است یعنی بسیار بیشتر از آلیاژ های مبتنی بر مس .این میل به گونه ای است که حتی رد بخار آب و منوکسید کربن را به حالت هیدروژن و کربن تقلیل می دهد.
ویژگی جالب دیگر این محلول های جامد مبتنی بر دی اکسید زیر کونیوم این است که صورت تقلیل یافته آنها به رنگ سیاه می باشد یعنی الکترولیت جامد به صورت سفید خود باز نمی گردد مگر این که دوباره کاملا اکسید شود. این تغییر رنگ امکان چک و کنترل کردن جذب ماده در ارتباط با اکسیژن را فراهم می کند.
مشخصه دیگری که می توان در تعیین نقطه اشباع تله استفاده شود مربوط به رسانایی الکتریکی مواد قابل استفاده است
