Introducere
Separarea termochimică a apei este un proces utilizat pentru producerea hidrogenului prin utilizarea căldurii la temperaturi ridicate (500°C până la 2000°C) și a unei serii de reacții chimice. Produsele chimice utilizate în proces sunt reutilizate în fiecare ciclu, creând o buclă închisă care consumă doar apă și produce hidrogen și oxigen. Astfel, producția termochimică de hidrogen este o alternativă ecologică la sistemele de producție a hidrogenului pe bază de combustibili fosili [1].
Condiții de măsurare
Pentru a investiga separarea termochimică a apei pe LSC20 (La0,8Sr0,2CoO3), s-au efectuat măsurători termogravimetrice (TGA) utilizând NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® . Pentru susținerea interpretării, analizorul termic a fost cuplat suplimentar cu spectrometrul de masă cvadripolar NETZSCH QMS Aëolos® Quadro. O compilație detaliată a condițiilor exacte de măsurare poate fi găsită în tabelul 1.
Tabelul 1: Parametrii de măsurare
| Parametru | Separarea termochimică a apei pe LSC20 |
|---|---|
| Dispozitiv | STA 449 F3 Jupiter® |
| Accesorii | Cuptor pentru vapori de apă și generator de vapori |
| Purtător de probe | TGA, tip S |
| Creuzet | Placă TGA din Al2O3 cu un diametru de 17 mm |
| Greutatea probei | 215.46 mg eșantion sub formă de pulbere) |
| Program de măsurare | RT la 1200°C, 15 K/min, 4%H2 în argon 90 min izotermă la 1200°C, 4%H2 în argon 1200 °C la 600 °C, 15 K/min, 4%H2 în argon 30 min izotermă la 600°C, argon 60 min izotermă la 600°C, 33%H2Oîn argon 30 min izotermă la 600 °C, argon |
Rezultate și discuții
În prima etapă a investigației, LSC20 a fost activat folosind o atmosferă reducătoare (4%H2 în argon). Astfel, materialul eșantionului prezintă o pierdere pronunțată de masă de -11,0%. În plus, consumul de hidrogen (masa numărul 2) cu eliberarea simultană de apă (masa numărul 18) poate fi observat clar cu ajutorul spectrometrului de masă cuplat simultan (a se vedea curbele albastră și neagră din figura 2).
Divizarea termochimică efectivă a apei are loc în a doua parte a investigației. În acest scop, proba a fost răcită la 600 °C și apoi expusă la o atmosferă de gaz care conține apă (33%H2Oîn argon). Acest lucru a dus la o creștere a masei indusă prin OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare de 7,4%, cu eliberarea simultană de hidrogen (a se vedea masa numărul 2 din figura 2). Pe baza schimbărilor abrupte din curba masei, precum și din curba curentului Ionic a spectrometrului de masă, se poate observa că scindarea apei este un proces în mai multe etape; acest lucru sugerează o reacție directă de suprafață ca etapă inițială a reacției, precum și o reacție controlată prin difuzie în evoluția ulterioară.
Rezumat
Conceptul de platformă al NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® oferă o bază excelentă pentru reproducerea proceselor și fenomenelor termice complexe. În exemplul prezentat, o investigație specifică a unei reacții termochimice de separare a apei a fost reprodusă cu succes utilizând un cuptor de vapori de apă proiectat la comandă și un generator de abur.
În acest exemplu, nu numai că modificările de greutate au fost măsurate cu exactitate (înregistrare gravimetrică), dar procesele care au avut loc în timpul reacției au fost, de asemenea, analizate și interpretate. Acest lucru a fost realizat prin utilizarea spectrometriei de masă cuplate pentru a examina gazele eliberate în timpul reacției.
Combinația acestor instrumente - STA, cuptor cu vapori de apă, generator de abur și spectrometru de masă cuplat - creează o configurație ideală pentru caracterizarea cuprinzătoare a reacțiilor în desfășurare implicate în separarea termochimică a apei.