Pendahuluan
Pemisahan air termokimia adalah proses yang digunakan untuk produksi hidrogen dengan menggunakan panas bersuhu tinggi (500°C hingga 2000°C) dan serangkaian reaksi kimia. Bahan kimia yang digunakan dalam proses ini digunakan kembali dalam setiap siklus, menciptakan loop tertutup yang hanya mengonsumsi air dan menghasilkan hidrogen dan oksigen. Dengan demikian, produksi hidrogen termokimia merupakan alternatif yang ramah lingkungan untuk sistem produksi hidrogen berbasis bahan bakar fosil [1].
Kondisi Pengukuran
Untuk menyelidiki pemisahan air secara termokimia pada LSC20 (La0.8Sr0.2CoO3), pengukuran termogravimetri (TGA) dilakukan dengan menggunakan NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® . Untuk mendukung interpretasi, penganalisis termal juga digabungkan dengan spektrometer massa Quadro quadrupole NETZSCH QMS Aëolos®. Kompilasi terperinci dari kondisi pengukuran yang tepat dapat ditemukan pada tabel 1.
Tabel 1: Parameter pengukuran
| Parameter | Pemisahan Air Termokimia pada LSC20 |
|---|---|
| Perangkat | STA 449 F3 Jupiter® |
| Aksesori | Tungku uap air dan generator uap |
| Pembawa Sampel | TGA, tipe S |
| Crucible | Pelat TGA yang terbuat dari Al2O3 dengan diameter 17 mm |
| Berat Sampel | 215.46 mg sampel bubuk) |
| Program pengukuran | RT hingga 1200°C, 15 K/menit, 4%H2 dalam argon isoterm 90 menit @ 1200°C, 4%H2 dalam argon 1200°C hingga 600°C, 15 K/menit, 4%H2 dalam argon isoterm 30 menit @ 600 ° C, argon isoterm 60 menit @ 600 ° C, 33%H2Odalam argon isoterm 30 menit @ 600 ° C, argon |
Hasil dan Pembahasan
Pada langkah pertama penyelidikan, LSC20 diaktifkan dengan menggunakan atmosfer reduksi (4%H2 dalam argon). Dengan demikian, bahan sampel menunjukkan kehilangan massa yang nyata sebesar -11,0%. Selanjutnya, konsumsi hidrogen (nomor massa 2) dengan pelepasan air secara simultan (nomor massa 18) dapat diamati dengan jelas melalui spektrometer massa yang digabungkan secara simultan (lihat kurva biru dan hitam pada gambar 2).
Pemisahan air termokimia yang sebenarnya terjadi pada bagian kedua dari penyelidikan. Untuk tujuan ini, sampel didinginkan hingga 600°C dan kemudian diekspos ke atmosfer gas yang mengandung air (33%H2Odalam argon). Hal ini menghasilkan peningkatan massa yang diinduksi secara oksidatif sebesar 7,4% dengan pelepasan hidrogen secara simultan (lihat massa nomor 2 pada gambar 2). Berdasarkan perubahan mendadak pada kurva massa serta kurva Ionic arus spektrometer massa, dapat dilihat bahwa pemisahan air merupakan proses multi-tahap; hal ini menunjukkan reaksi permukaan langsung sebagai langkah reaksi awal serta reaksi yang dikendalikan oleh difusi pada tahap selanjutnya.
Ringkasan
Konsep platform dari NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® memberikan dasar yang sangat baik untuk mereplikasi proses dan fenomena termal yang rumit. Dalam contoh yang disajikan, investigasi yang ditargetkan dari reaksi pemisahan air termokimia berhasil direproduksi dengan menggunakan tungku uap air yang dirancang khusus dan generator uap.
Tidak hanya perubahan berat yang diukur secara akurat (perekaman gravimetrik) dalam contoh ini, tetapi proses yang terjadi selama reaksi juga dianalisis dan diinterpretasikan. Hal ini dicapai dengan menggunakan spektrometri massa yang digabungkan untuk memeriksa gas yang dilepaskan selama reaksi.
Kombinasi instrumen ini - STA, tungku uap air, generator uap, dan spektrometer massa gabungan - menciptakan pengaturan yang ideal untuk mengkarakterisasi secara komprehensif reaksi yang sedang berlangsung yang terlibat dalam pemisahan air secara termokimia.