Chromo oksido dangų sintezė ir panaudojimas vandenilio atskyrimo membranose

Pranešimo struktūra

 Vandenilio atskyrimo metodai;     Joninis laidumas; Chromo oksido dangų sintezė atkaitinimo metodu; Chromo oksido dangų sintezė deguonies aplinkoje, impulsiniu rėžimu; Gautų rezultatų analizė; 2

Vandenilio gavyba

Vandenilio gavimo technologijos: •Vandenilio gamyba naudojant vandens garą; •Sausasis riformingas; •Mišrus riformingas; •Elektrolizė; •Vandenilio išskyrimas membranų pagalba .

Vanduo 4 % Anglis 18 % Gamtinės dujos 48 % Nafta 30 %

3

  

Vandenilio atskyrimo membranos

Membranų privalumai: Mažas energijos sunaudojimas; Galimas taikymas su kitomis atskyrimo technologijomis; Galimybė atlikti atskyrimą nepertraukiamai.

Membranų klasifikavimas pagal jų struktūrą:   Porėtosios; Tankiosios.

Membranos veikimo principinė schema 4

Vandenilio gavimas i š metano

 Panaudojant membranas galima išskirti vandenilį iš angliavandenilių, be CO 2 emisijos. 1 – Metano molekulių adsorbcija; 2 Metano molekulių disocijacija 3 –Vandenilio jonų migravimas per membraną; 4 - Vandenilio reasocijacija; 5 Vandenilio molekulių desorbcija; 5

Katalizė

Daugumą katalizinių junginių sudaro du metalai:  Platina-;  Chromas-.

Abu šie katalizatoriai turi trūkumų. Pagrindinis Pt katalizinių junginių trūkumas, tai jautrumas priemaišoms, bei dedelė kaina. Todėl perpektyvesni yra chromo junginių katalizatoriai.

Chromo aktyvacijos energijai junginiai sumažinti.

dažnai naudojami angliavandenilių dehidrinimo

bendra dehidrinimo reakcija

6

Metano molekulių disocijacija CH 4  C +2H 2 [ΔH=75.6 kJ/mol] Atominio vandenilio migravimas per membraną 7

Joninis laidumas

Proton ų perėjimas zeolito struktūros membranose Cr 2 O 3 struktūra

8

Pagrindiniai reikalavimai keliami selektyviajam membranų sluoksniui:  Didelis dangų tankumas;

Selektyvusis sluoksnis turi praleisti tik vandenilio jonus.

 Selektyviojo sluoksnio storis.

Kuo sluoksnio storis mažesnis, tuo membranos pralaidumas didesnis.

Norimai selektyviojo sluoksnio struktūrai gauti naudojome struktūrine zonų diagrama (YSZ)

9

Struktūrinė zonų diagrama

  Chromo dangos buvo suformuotos naudojant magnetroninį dulkinimą. Chromo dangos buvo formuojamos keičiant padėklo temperatūrą (100 0 C, 200 0 C, 400 0 C) 1 2 3 1 2 3 T s /T m < 0,2 – 0,3 0,3 < T s /T m < 0,5 0,5 < T s /T m <1 10

Chromo oksido membranų formavimo metodai:

 Chromo oksido chromo dangų formavimas sintezuojant dangą ir vėliau ją atkaitinant prie > 600 0 C;  Chromo oksido formavimas sintezuojant chromo dangas deguonies aplinkoje.

11

Dangų analizės metodai

   Skenuojantis elektroninis mikroskopas (SEM); Atominių jėgų mikroskopas (AFM); Rentgeno spindulių difrakcijos metodas (XRD).

12

Chromo oksido formavimas atkaitinimo metodu

13

Chromo oksido formavimo įrangos principnė schema

Eksperimento schema

14

Chromo dangos

Buvo tiriama padėklo temperatūros įtaka dangos struktūrai Prie skirtingų temperatūrų suformuotų chromo dangų rentgenogramos 15

Chromo dangų topografija

Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 100 0 C Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 200 0 C Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 350 0 C Padėklo temperatūra 100 0 C 200 0 C 350 0 C 400 0 C R a , nm 0,1 0,2 0,3 0,7 R q, nm 0,2 0,3 0,5 0,9 Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 400 0 C 16

Atkaitintos prie 600 0 C chromo dangos

Bandinio numeris PNQ 5 - 1 PNQ 4 PNQ 6 - 2 Padėklo temperatūra 100 0 C 200 0 C 400 0 C 17

Chromo oksido dangų topografija

Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 100 0 C ir atkaitinta prie 600 0 C Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 350 0 C ir atkaitinta prie 600 0 C Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 200 0 C ir atkaitinta prie 600 0 C Padėklo temperatūra 100 0 C 200 0 C 350 0 C R a , nm 3,4 3,3 3,3 R q, nm 4,4 4,4 4,4 18

Atkaitintos prie 900 0 C chromo dangos

Bandinio numeris PNQ 5 - 2 PNQ 9 PNQ 3 Padėklo temperatūra 100 0 C 200 0 C 350 0 C 19

Chromo oksido dangų topografija

Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 100 0 C ir atkaitinta prie 900 0 C Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 200 0 C ir atkaitinta prie 900 0 C Danga suformuota, kai padėklo temperatūra buvo 350 0 C ir atkaitinta prie 900 0 C Padėklo temperatūra 100 0 C 200 0 C 350 0 C R a , nm 25 26,1 12,7 R q, nm 32 33,8 15,9 20

Chromo oksido formavimas deguonies aplinkoje (impulsiniu rėžimu) 21

Eksperimento schema

U Magnetrono įtampos kitimas darbo metu t 22

Eksperimento rezultatai

23

Eksperimento rezultatai

24

I švados

•Nešant chromo dangas prie skirtingų padėklo temperatūrų, atlikus dangų struktūros tyrimą (XRD), matome, kad didėjant padėklo temperatūrai mažėja kristalitų dydis, tai atitinka Movchan ir Demchishin struktūrinę zonų diagramą; •Suformavus magnetroninio dulkinimo metodu chromo dangas ir jas atkaitinus 600 0 C ir 900 0 C temperatūroje oro aplinkoje susiformuoja Cr 2 O 3 dangos; •Atkaitinus dangas prie skirtingų temperatūrų jų topografija labai skiriasi, didėjant temperatūrai dangos šiurkštumas didėja, toks šiurkštumo augimas gali būti paaiškintas skirtinga įtempių generacija, oksidacijos proceso metu; •Formuojant chromo dangas deguonies aplinkoje susiformuoja amorfinė danga, dangą.

kurią atkaitinus prie 600 0 C gauname kristalinę chromo oksido 25