Zastosowanie materiałów perowskitowych wykonanych metodą reakcji w fazie stałej do wytwarzania membran separujących tlen z powietrza

• Autorzy: Gromada, M. , Świder, J. , Trawczyński, J. , Stępień, M. , Wierzbicki, M.

Warianty tytułu

EN

Application of solid state fabricated perovskite-like materials fabricated by solid state method for manufacturing of membranes separating oxygen from air

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Metodą reakcji w fazie stałej wytworzono trzy różne, złożone tlenki o strukturze perowskitu: La0,6Sr0,4Fe0,8Co0,2O3+δ, Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3+δ i La2Ni0,9Co0,1O4-δ, z których uformowano gęste membrany tlenowe. Badania proszków potwierdziły uzyskanie jednofazowych materiałów o założonym składzie chemicznym. Analiza dyfrakcyjnych widm rentgenowskich wykazała, że różnice rozmiarów kationów tworzących strukturę perowskitu są przyczyną jej niedoskonałości oraz generują naprężenia sieci. Cząstki proszków wykazywały jedynie śladową porowatość, co sprzyjało uzyskiwaniu gęstych spieków. W celu poprawienia właściwości formierskich materiałów wykonano granulaty z proszków perowskitowych charakteryzujące się większą powierzchnią właściwą w porównaniu z wyjściowymi proszkami. Dodatkowa obróbka termiczna proszków przyczyniła się do korzystnej zmiany struktury perowskitowej, a uzyskane tworzywa charakteryzowały się wystarczającą wytrzymałością mechaniczną oraz stosunkowo małym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej. Duże zagęszczenie spieków potwierdziły wyniki badań mikroskopowych. Na zdjęciach SEM widoczne były cząstki o dużych rozmiarach, gęsto upakowane z wąskimi granicami ziarnowymi, co zapewniło łatwiejszy transport jonów tlenu przez membrany. Największą wartość strumienia przenikania tlenu, wynoszącą 0,822 ml/(cm2źmin) w temperaturze 950°C, uzyskano w przypadku cienkiej, gęstej membrany z Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3+δ.

EN

Three types of mixed oxides with the perovskite-like structure: La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3+δ, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3+δ and La2Ni0.9Co0.1O4-δ were synthesised by the solid state method, and characterized. Analysis of XRD patterns revealed that differences in cation dimensions forming the perovskite structure are the reason of structural imperfections and lattice stresses. The manufactured powders were composed of one phase and revealed very low porosity of particles, which favours the obtainment of dense sinters. In order to improve the forming properties of the powders, granulates were prepared, that showed higher specific surfaces in comparison with the original powders. The additional heat treatment during the fabrication of powders improved the perovskite-like structure of the studied materials. The manufactured membranes showed good mechanical strengths and relatively low thermal expansion coefficients. SEM micrographs of membrane surfaces revealed the presence of large grains and narrow grain boundaries, which allowed transport of oxygen ions through membranes to be easy through the membranes. The highest value of oxygen permeation flux of 0.822 ml/(cm2źmin) at 950°C was measured for the thin dense membranes fabricated from Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3+δ.

Słowa kluczowe

PL

membrany tlenowe; materiały perowskitowe; metoda reakcji w fazie stałej

EN

oxygen membranes; perovskite-like materials; solid state method

• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 1
• Strony: 42-47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Gromada, M.

autor

Świder, J.

autor

Trawczyński, J.

autor

Stępień, M.

autor

Wierzbicki, M.

• Instytut Energetyki, Oddział Ceramiki CEREL, ul. Techniczna 1, 36-040 Boguchwała,

Bibliografia

• [1] Tan L., Gu X., Yang L., Jin W., Zhang L., Xu N.: „ Influence of powder synthesis methods on microstructure and oxygen permeation performance of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ perovskite- type membranes”, J. Membr. Sci., 212, (2003), 157.
• [2] Sunarso J., Baumann S., Serra J.M., Meulenberg W.A., Liu S., Lin Y.S., Diniz da Costa J.C.: „Mixed ionic-electronic conducting (MIEC) ceramic-based membranes for oxygen separation”, J. Membr. Sci., 320, (2008), 13.
• [3] Zeng P., Ran R., Chen Z., Gu H., Shao Z., Costa J.C.D., Liu S.: „Significant effects of sintering temperature on the performance of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ oxygen selective membranes”, J. Membr. Sci., 302, (2007), 171.
• [4] Bayraktar D., Clemens F., Diethelm S., Graule T., Herle J. V., Holtappels P.: „Production and properties of substituted La- FeO3-perovskite tubular membranes for partial oxidation of methane to syngas”, J. Eur. Ceram. Soci., 27, (2007), 2455.
• [5] CRC Handbook of Chemistry and Physics, 78th Edition, CRC Press, Boca Roca New York, 1997.
• [6] Hansen K.K., Vels Hansen K.: „A-site deficient (La0.6Sr0.4)1-sFe0.8Co0.2 O3-δ perovskites as SOFC cathodes”, Solid State Ionics, 178, (2007), 1379.
• [7] Kharton V.V., Yaremchenko A.A., Tsipis E.V., Valente A.A., Patrakeev M.V., Shaula A.L., Frade J.R., Rocha J.: „Characterization of mixed-conducting La2Ni0.9Co0.1O4+d membranes for dry methane oxidation”, Appl. Catal. A, 261, (2004), 25.
• [8] Wang H., Tablet C., Feldhoff A., Caro J.: „Investigation of phase structure, sintering, and permeability of perovskite-type Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ membranes”, J. Membr. Sci., 262, (2005), 20.
• [9] Tan L., Gu X., Yang L., Jin W., Zhang L., Xu N.: J. Membr. Sci., 212, (2003), 157–165.
• [10] Lu H., Cong Y., Yang W.S.: „Oxygen permeability and stability of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ as an oxygen-permeable membrane at high pressures”, Solid State Ionics, 177, (2006), 595.
• [11] Park J. H., Park S. D.: „Oxygen permeability and structural stability of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ membrane”, Korean J. Chem. Eng., 24, (2007), 897.
• [12] Li S., Jin W., Xu N., Shi J.: „Synthesis and oxygen permeation properties of La0.2Sr0.8Co0.2Fe0.8O3-δ membranes”, Solid State Ionics, 124, (1999), 161–170.