Introduzione
La scissione termochimica dell'acqua è un processo utilizzato per la produzione di idrogeno che impiega calore ad alta temperatura (da 500°C a 2000°C) e una serie di reazioni chimiche. Le sostanze chimiche utilizzate nel processo vengono riutilizzate in ogni ciclo, creando un ciclo chiuso che consuma solo acqua e produce idrogeno e ossigeno. La produzione termochimica di idrogeno è quindi un'alternativa ecologica ai sistemi di produzione di idrogeno basati sui combustibili fossili [1].
Condizioni di misura
Per studiare la scissione termochimica dell'acqua su LSC20 (La0,8Sr0,2CoO3), sono state eseguite misure termogravimetriche (TGA) utilizzando lo strumento NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® . Per l'interpretazione di supporto, l'analizzatore termico è stato accoppiato con lo spettrometro di massa quadrupolo NETZSCH QMS Aëolos® Quadro. La tabella 1 riporta le condizioni esatte di misurazione.
Tabella 1: Parametri di misura
| Parametri | Scissione termochimica dell'acqua su LSC20 |
|---|---|
| Dispositivo | STA 449 F3 Jupiter® |
| Accessori | Forno per vapore acqueo e generatore di vapore |
| Portacampioni | TGA, tipo S |
| Crogiolo | Piastra TGA in Al2O3 con diametro di 17 mm |
| Peso del campione | 215.46 mg di campione in polvere) |
| Programma di misurazione | Da RT a 1200°C, 15 K/min, 4%H2 in argon 90 minuti di isoterma a 1200°C, 4%H2 in argon da 1200 °C a 600 °C, 15 K/min, 4%H2 in argon isoterma di 30 minuti a 600°C, argon isoterma di 60 minuti a 600°C, 33%H2Oin argon isoterma di 30 minuti a 600 °C, argon |
Risultati e discussione
Nella prima fase dell'indagine, l'LSC20 è stato attivato utilizzando un'atmosfera riducente (4%H2 in argon). In questo modo, il materiale del campione mostra una pronunciata perdita di massa, pari a -11,0%. Inoltre, il consumo di idrogeno (massa numero 2) con il contemporaneo rilascio di acqua (massa numero 18) può essere chiaramente osservato per mezzo dello spettrometro di massa accoppiato simultaneamente (vedere le curve blu e nere nella figura 2).
L'effettiva scissione termochimica dell'acqua avviene nella seconda parte dell'indagine. A tal fine, il campione è stato raffreddato a 600°C e poi esposto a un'atmosfera gassosa contenente acqua (33%H2Oin argon). Ciò ha comportato un aumento di massa indotto dall'OssidazioneL'ossidazione può descrivere diversi processi nel contesto dell'analisi termica.ossidazione del 7,4% con il contemporaneo rilascio di idrogeno (si veda la massa numero 2 nella figura 2). Sulla base delle brusche variazioni della curva di massa e della curva di corrente Ionic dello spettrometro di massa, si può notare che la scissione dell'acqua è un processo a più stadi; ciò suggerisce una reazione superficiale diretta come fase iniziale della reazione e una reazione controllata dalla diffusione nel corso successivo.
Sintesi
Il concetto di piattaforma di NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® fornisce una base eccellente per replicare processi e fenomeni termici complessi. Nell'esempio presentato, un'indagine mirata su una reazione termochimica di scissione dell'acqua è stata riprodotta con successo utilizzando un forno a vapore acqueo progettato su misura e un generatore di vapore.
In questo esempio non solo sono state misurate con precisione le variazioni di peso (registrazione gravimetrica), ma sono stati anche analizzati e interpretati i processi che si verificano durante la reazione. Ciò è stato possibile impiegando la spettrometria di massa accoppiata per esaminare i gas rilasciati durante la reazione.
La combinazione di questi strumenti - STA, forno a vapore acqueo, generatore di vapore e spettrometro di massa accoppiato - crea una configurazione ideale per caratterizzare in modo completo le reazioni in corso nella scissione termochimica dell'acqua.