Introdução
A divisão termoquímica da água é um processo usado para a produção de hidrogênio que emprega calor em alta temperatura (500°C a 2000°C) e uma série de reações químicas. Os produtos químicos usados no processo são reutilizados em cada ciclo, criando um ciclo fechado que consome apenas água e produz hidrogênio e oxigênio. Assim, a produção termoquímica de hidrogênio é uma alternativa ecologicamente correta aos sistemas de produção de hidrogênio baseados em combustíveis fósseis [1].
Condições de medição
Para investigar a divisão termoquímica da água no LSC20 (La0.8Sr0.2CoO3), foram realizadas medições termogravimétricas (TGA) usando o NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® . Para a interpretação de apoio, o analisador térmico foi adicionalmente acoplado ao espectrômetro de massa quadrupolo NETZSCH QMS Aëolos® Quadro. Uma compilação detalhada das condições exatas de medição pode ser encontrada na tabela 1.
Tabela 1: Parâmetros de medição
| Parâmetro | Divisão termoquímica da água no LSC20 |
|---|---|
| Dispositivo | STA 449 F3 Jupiter® |
| Acessórios | Forno de vapor de água e gerador de vapor |
| Transportador de amostras | TGA, tipo S |
| Cadinho | Placa TGA feita de Al2O3 com um diâmetro de 17 mm |
| Peso da amostra | 215.46 mg de amostra em pó) |
| Programa de medição | RT a 1200°C, 15 K/min, 4% H2 em argônio isoterma de 90 minutos a 1200°C, 4% de H2 em argônio 1200 °C a 600 °C, 15 K/min, 4% H2 em argônio isoterma de 30 min a 600°C, argônio isoterma de 60 min a 600°C, 33% H2Oem argônio isoterma de 30 min a 600 °C, argônio |
Resultados e discussão
Na primeira etapa da investigação, o LSC20 foi ativado usando uma atmosfera redutora (4% de H2 em argônio). Dessa forma, o material de amostra apresenta uma perda de massa acentuada de -11,0%. Além disso, o consumo de hidrogênio (número de massa 2) com a liberação simultânea de água (número de massa 18) pode ser claramente observado por meio do espectrômetro de massa acoplado simultaneamente (veja as curvas azul e preta na figura 2).
A divisão termoquímica real da água ocorre na segunda parte da pesquisa. Para isso, a amostra foi resfriada a 600°C e, em seguida, exposta a uma atmosfera de gás contendo água (33% de H2Oem argônio). Isso resultou em um aumento de massa induzido por OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação de 7,4% com a liberação simultânea de hidrogênio (veja o número de massa 2 na figura 2). Com base nas mudanças abruptas na curva de massa, bem como na curva de corrente Ionic do espectrômetro de massa, pode-se observar que a divisão da água é um processo de vários estágios; isso sugere uma reação de superfície direta como a etapa inicial da reação, bem como uma reação controlada por difusão no curso posterior.
Resumo
O conceito de plataforma do NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® fornece uma excelente base para replicar processos e fenômenos térmicos complexos. No exemplo apresentado, uma investigação direcionada de uma reação termoquímica de divisão de água foi reproduzida com sucesso usando um forno de vapor de água personalizado e um gerador de vapor.
Não só as mudanças de peso foram medidas com precisão (registro gravimétrico) nesse exemplo, mas os processos que ocorrem durante a reação também foram analisados e interpretados. Isso foi feito com o emprego de espectrometria de massa acoplada para examinar os gases liberados durante a reação.
A combinação desses instrumentos - STA, forno de vapor de água, gerador de vapor e espectrômetro de massa acoplado - cria uma configuração ideal para caracterizar de forma abrangente as reações em andamento envolvidas na divisão termoquímica da água.