Introducción
La división termoquímica del agua es un proceso utilizado para la producción de hidrógeno que emplea calor a alta temperatura (de 500°C a 2000°C) y una serie de reacciones químicas. Los productos químicos utilizados en el proceso se reutilizan en cada ciclo, creando un circuito cerrado que sólo consume agua y produce hidrógeno y oxígeno. Así pues, la producción termoquímica de hidrógeno es una alternativa respetuosa con el medio ambiente a los sistemas de producción de hidrógeno basados en combustibles fósiles [1].
Condiciones de medición
Para investigar la división termoquímica del agua en LSC20 (La0,8Sr0,2CoO3), se realizaron mediciones termogravimétricas (TGA) utilizando el NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® . Para la interpretación de apoyo, el analizador térmico se acopló adicionalmente con el espectrómetro de masas cuadrupolar NETZSCH QMS Aëolos® Quadro. En la tabla 1 figura una recopilación detallada de las condiciones exactas de medición.
Tabla 1: Parámetros de medición
| Parámetro | División termoquímica del agua en LSC20 |
|---|---|
| Dispositivo | STA 449 F3 Jupiter® |
| Accesorios | Horno de vapor de agua y generador de vapor |
| Portamuestras | TGA, tipo S |
| Crisol | Placa TGA de Al2O3 con un diámetro de 17 mm |
| Peso de la muestra | 215.46 mg de muestra en polvo) |
| Programa de medición | RT a 1200°C, 15 K/min, 4% H2 en argón 90 min isoterma a 1200°C, 4% H2 en argón 1200 °C a 600°C, 15 K/min, 4% H2 en argón 30 min isoterma @ 600°C, argón 60 min isoterma @ 600°C, 33% H2Oen argón 30 min isoterma @ 600 °C, argón |
Resultados y debate
En el primer paso de la investigación, el LSC20 se activó utilizando una atmósfera reductora (4% de H2 en argón). De este modo, el material de muestra muestra una pérdida de masa pronunciada del -11,0%. Además, el consumo de hidrógeno (masa número 2) con la liberación simultánea de agua (masa número 18) puede observarse claramente mediante el espectrómetro de masas acoplado simultáneamente (véanse las curvas azul y negra de la figura 2).
El desdoblamiento termoquímico real del agua tiene lugar en la segunda parte de la investigación. Para ello, la muestra se enfrió a 600°C y se expuso a una atmósfera gaseosa que contenía agua (33% de H2Oen argón). Esto dio lugar a un aumento de masa inducido oxidativamente del 7,4% con la liberación simultánea de hidrógeno (véase el número de masa 2 en la figura 2). A partir de los cambios bruscos en la curva de masa, así como de la curva de corriente Ionic del espectrómetro de masas, se puede observar que la división del agua es un proceso de varias etapas; esto sugiere una reacción superficial directa como paso inicial de la reacción, así como una reacción controlada por difusión en el curso posterior.
Resumen
El concepto de plataforma del NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® proporciona una base excelente para reproducir procesos y fenómenos térmicos intrincados. En el ejemplo presentado, se reprodujo con éxito una investigación específica de una reacción termoquímica de división del agua utilizando un horno de vapor de agua diseñado a medida y un generador de vapor.
En este ejemplo no sólo se midieron con precisión los cambios de peso (registro gravimétrico), sino que también se analizaron e interpretaron los procesos que tenían lugar durante la reacción. Esto se consiguió empleando espectrometría de masas acoplada para examinar los gases liberados durante la reacción.
La combinación de estos instrumentos (STA, horno de vapor de agua, generador de vapor y espectrómetro de masas acoplado) crea una configuración ideal para caracterizar de forma exhaustiva las reacciones en curso implicadas en la división termoquímica del agua.