Catalytic activity of Ni3Al foils in decomposition of select chemical compounds

• Autorzy: Jóźwik P. , Bojar Z. , Winiarek P.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ni3Al-based intermetallic alloys are a group of advanced materials with potential outstanding physical and chemical properties (such as high catalytic activity and structural stability in corrosive environments) which make them possible candidates for many high-tech applications. A selection of strictly given parameters of plastic working and heat treatment allowed to obtain from as cast coarse-grained sheet a thin foils with thickness approximately 50 um. These foils can be manufactured both with nano- or microcrystalline structure. The main objective of this work was to investigate of catalytic properties of microcrystalline Ni3Al-based foils surface without any additional catalytic coatings. The examination has concerned to decomposition of methanol, hexane and additionally dibutyl sulphide as mustard gas imitator in a fixed- bed tube quartz reactor. The catalysis reaction of methanol decomposition has started effectively at about 450°C with 90% conversion degree or higher. SEM analysis of Ni3Al foils surface after this process showed deposit with the large part of carbon nanofibers and nanonickel precipitates. Similar catalytic behaviour was observed for hexane decomposition, with emphasis that up to temperature of 600°C conversion was 100%. Catalytic tests for dibutyl sulfide also confirmed a possibility of decomposition of this compound by thermocatalytic reactions on the Ni3Al thin foils surface.

PL

Stopy na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al należą do grupy zaawansowanych materiałów o unikatowych właściwościach fizycznych i chemicznych (m.in. wysoka aktywność katalityczna i stabilność strukturalna w środowiskach korozyjnych), które stanowią o ich dużych możliwościach aplikacyjnych w obszarze zaawansowanych technologii. Dobór ściśle określonych parametrów obróbki plastycznej i cieplnej pozwolił na uzyskanie z materiału o grubokrystalicznej strukturze folii o grubości ok. 50 um o budowie zarówno nano-, jak i mikrokrystalicznej. Głównym celem niniejszej pracy były badania właściwości katalitycznych mikrokrystalicznych taśm ze stopu na osnowie fazy Ni3Al bez dodatkowej warstwy katalitycznej. Badania dotyczyły dekompozycji metanolu i heksanu oraz dodatkowo siarczku dibutylowego jako imitatora iperytu siarkowego. Potwierdzono, że reakcja katalityczna rozkładu metanolu rozpoczyna się efektywnie w temperaturze około 450°C ze stopniem konwersji 90% lub wyższym. Analiza warstwy powierzchniowej folii po reakcji katalitycznej przeprowadzona za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej wykazała obecność depozytu w postaci nanowłókien węglowych i nanowydzieleń niklu. W trakcie rozkładu heksanu obserwowano podobną aktywność katalityczną, z zaznaczeniem, że począwszy od temperatury 600°C następuje całkowity rozkład analizowanego związku. Przeprowadzone dodatkowo badania rozkładu siarczku dibutylowego potwierdziły również możliwość rozkładu tego związku na drodze reakcji termokatalitycznej na powierzchni cienkich taśm Ni3Al.

Słowa kluczowe

EN

thin foils; Ni3Al; chemical compounds decomposition

PL

cienka folia; Ni3Al; aktywność katalityczna; rozkład związków chemicznych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 654--657
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jóźwik P.

autor

Bojar Z.

autor

Winiarek P.

• Department of Advanced Materials and Technology, Military University of Technology,

Bibliografia

• [1] Sikka V. K., Deevi S. C., Viswanathan S., Swindeman R. W., Santella M. L.: Advances in processing of Ni3Al-based intermetallics and applications. Intermetallics 8 (2000) 1329-1337.
• [2] Deevi S., Sikka V.: Nickel and iron aluminides: an overview on properties, processing, and applications. Intermetallics 4 (1996) 357-375.
• [3] Spearing S. M.: Materials issues in microelectromechanical systems (MEMS). Acta Materiala 48 (2000) 179-196.
• [4] MECS (Microtechnology-Based Energy, Chemical and Biological Systems) Technology: http://www.mecs.oregonstate.edu/mecs.
• [5] Jóźwik P., Bojar Z., Bystrzycki J.: Tensile properties and fracture behavior of nanocrystalline Ni3Al intermetallic foil. Scripta Materialia 55 (2006) 399-402.
• [6] Demura M., Kishida K., Suga Y., Takanashi M., Hirano T.: Fabrication of Ni3Al thin foils by cold-rolling. Scripta Materialia 47 (2002) 267-272.
• [7] Chun D. H., Xu Y., Demura M., Kishida K., Wee D. M., Hirano T.: Spontaneous catalytic activation of Ni3Al thin foils in methanol decomposition. Journal of Catalysis 243 (2006) 99-107.
• [8] Chun D. H., Xu Y., Demura M., Kishida K., Oh M. H., Hirano T., Wee D. M.: Catalytic properties of Ni3Al foils for methanol decomposition. Catalysis Letters 106 (2006) 71-75.
• [9] Jóźwik P., Bojar Z.: Wpływ umocnienia zgniotem na strukturę i wybrane właściwości mechaniczne taśm ze stopu na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al. Inżynieria Materiałowa 3 (2006) 753-756.
• [10] Jozwik P., Bojar Z., Kołodziejczak P.: Microjoining of Ni3Al-based intermetallic thin foils. Materials Science and Technology 26 (4) (2010) 473- 477.
• [11] Bojar Z., Jóźwik P.: Patent P-376267 Sposób kształtowania parametrów wytrzymałościowych taśm ze stopów na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al o wysokiej wytrzymałości.
• [12] Jóźwik P., Bojar Z., Grabowski R.: Catalytic activity of Ni3Al foils In methanol decomposition. Materials Science Forum (in press).