1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 3, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 3, стр. 102-107

Исследование возможности применения кобальтита бария-стронция в водородной энергетике

М. С. Пайзуллаханов a, *, Н. Х. Каршиева a, Ф. Н. Эрназаров a, С. М. Абдураимов a, С. С. Сабиров b

a Институт материаловедения Академии наук Республики Узбекистан
100084 г. Ташкент, ул. Чингиза Айтматова, д. 2Б, Узбекистан

b Ферганский филиал Ташкентского университета информационных технологий
150118 г. Фергана, ул. Мустакиллик, д. 185, Узбекистан

* E-mail: fayz@bk.ru

Поступила в редакцию 13.06.2023
После доработки 08.09.2023
Принята к публикации 27.09.2023

Аннотация

Исследованы анионодефицитные структуры на основе ${\text{S}}{{{\text{r}}}_{{0.5}}}{\text{B}}{{{\text{a}}}_{{0.5}}}{\text{C}}{{{\text{o}}}_{{1 - x}}}{\text{F}}{{{\text{e}}}_{x}}{{{\text{O}}}_{{3 - \delta }}},$ синтезированные из расплава в потоке концентрированного солнечного излучения плотностью 100–200 Вт/см2, созданного в большой солнечной печи (БСП). Брикеты в виде таблеток, изготовленные на основе стехиометрической смеси карбонатов и оксидов металлов (${\text{SrC}}{{{\text{O}}}_{3}}$ + ${\text{BaC}}{{{\text{O}}}_{3}}$ + ${\text{C}}{{{\text{o}}}_{2}}{{{\text{O}}}_{3}}$ + ${\text{F}}{{{\text{e}}}_{2}}{{{\text{O}}}_{3}}$), расплавлялись на водоохлаждаемом плавильном агрегате в фокальной зоне БСП. Капли расплава стекали в воду в таре, находившейся на 40 см ниже плавильного агрегата. Такие условия способствовали охлаждению расплава со скоростью 103 К/с. Отливки измельчали до тонины помола 63 мкм, сушили при 673 К и из полученного порошка методом полусухого прессования (при давлении 100 МПа) формовали образцы в виде таблеток диаметром 20 мм и высотой 10 мм. Таблетки спекали в воздушной среде при температуре 1050–1250°С. Были изучены структура, водопоглощение, а также электрические свойства готовых образцов. Кристаллическая решетка материала имела структуру перовскита с параметром элементарной ячейки а = 4.04 × ${{10}^{{ - 10}}}$ м пространственной группы Рm3m. Область гомогенности составов ${\text{S}}{{{\text{r}}}_{{0.5}}}{\text{B}}{{{\text{a}}}_{{0.5}}}{\text{C}}{{{\text{o}}}_{{1 - x}}}{\text{F}}{{{\text{e}}}_{x}}{{{\text{O}}}_{{3 - \delta }}}$ соответствовала интервалу x = [0; 0.7], где x – количество элемента, вводимого взамен основного. Наиболее оптимальным по стабильности структуры и свойств был состав ${\text{S}}{{{\text{r}}}_{{0.5}}}{\text{B}}{{{\text{a}}}_{{0.5}}}{\text{C}}{{{\text{o}}}_{{0.8}}}{\text{F}}{{{\text{e}}}_{{0.2}}}{{{\text{O}}}_{{2.78}}}$. Средний размер кристаллитов полученных материалов равен 30–40 мкм. Зерна преимущественно имеют форму сферолитов и искривленных цилиндров. Образцы материала показали высокую стойкость к воздействию паров воды. Значения структурных параметров свидетельствуют о том, что материал из ${\text{S}}{{{\text{r}}}_{{0.5}}}{\text{B}}{{{\text{a}}}_{{0.5}}}{\text{C}}{{{\text{o}}}_{{0.8}}}{\text{F}}{{{\text{e}}}_{{0.2}}}{{{\text{O}}}_{{2.78}}}$ может быть использован в качестве катализатора при генерации водорода и синтез-газа посредством риформинга и окисления метана.

Ключевые слова: солнечная печь, синтез из расплава, концентрированный поток, генерация водорода, катализатор, синтез-газ, перовскитные каталитические структуры

Список литературы

  1. Galasso F.S. Structure, properties and preparation of perovskite-type compounds. Pergamon Press, 1968. https://doi.org/10.1016/C2013-0-02117-2

  2. Смоликов Ю.И., Шепелев Ю.Ф., Левин А.А. Особенности строения высокотемпературных сверхпроводников // Журн. неорган. химии. 1989. Т. 34. № 10. С. 2451–2468.

  3. Magnetoresistance in double perovskites Ba2‒-xLaxFeMoO6 / J.B. Yang, J. Kim, Y.S. Woo, C.S. Kim, B.W. Lee // J. Magnetism Magnetic Mater. 2007. V. 310. Is. 2. Part 3. P. 664–665. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.10.916

  4. Burns G., Dacol F.H. Glassy polarization behavior in ferroelectric compounds Pb(Mg13Nb23)O3 and Pb(Zn13Nb23)O3 // Solid State Commun. 1983. V. 48. Is. 10. P. 853–856. https://doi.org/10.1016/0038-1098(83)90132-1

  5. Methane oxidation over perovskite-related ferrites: Effects of oxygen nonstoichiometry / V.V. Kharton, M.V. Patrakeev, J.C. Waerenborgh, V.A. Sobyanin, S.A. Veniaminov, A.A. Yaremchenko, P. Gaczyński, V.D. Belyaev, G.L. Semin, J.R. Frade // Solid State Sci. 2005. V. 7. Is. 11. P. 1344–1352.

  6. Photovoltaic effect in BiFeO3/BaTiO3 multilayer structure fabricated by chemical solution deposition technique / S. Sharma, M. Tomar, A. Kumar, N.K. Puri, V. Gupta // J. Phys. Chem. Solids. 2016. V. 93. P. 63–67. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2016.02.010

  7. Comparison of life cycle environmental impacts of different perovskite solar cell systems / J. Zhang, X. Gao, Y. Deng, Y. Zha, C. Yuan // Solar Energy Mater. Solar Cells. 2017. V. 166. P. 9–17. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.03.008

  8. Vassilakopoulou A., Papadatos D., Koutselas I. Light emitting diodes based on blends of quasi-2D lead halide perovskites stabilized within mesoporous silica matrix // Microporous Mesoporous Mater. 2017. V. 249. P. 165–175. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.05.001

  9. Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа. М.: Красанд, 2011.

  10. Махлин В.А., Цецерук Я.Р. Современные технологии получения синтез-газа из природного и попутного газа // Хим. пром-сть сегодня. 2010. № 3. С. 6–17.

  11. Bouwmeester H.J.M., Burggraaf A.J. Dense ceramic membranes for oxygen separator // The CRC handbook of solid state electrochemistry / Ed. by P.J. Gellings, H.J.M. Bouwmeester. N.Y.: CRC Press, 1997. P. 481–553. https://doi.org/10.1201/9781420049305.ch14

  12. Tang M., Xu L., Fan M. Progress in oxygen carrier development of methane-based chemical-looping reforming: a review // Appl. Energy. 2015. V. 151. P. 143–156. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.04.017

  13. Oxygen permeation through perovskitetype oxides / Y. Teraoka, H.-M. Zhang, S. Furukawa, N. Yamazoe // Chem. Lett. 1985. V. 14. Is. 11. P. 1743–1746. https://doi.org/10.1246/cl.1985.1743

  14. Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3–δ oxygen membrane / Z. Shao, W. Yang, Y. Cong, H. Dong, J. Tong, G. Xiong // J. Membrane Sci. 2000. V. 172. Is. 1–2. P. 177–188. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)00337-9

  15. A comparative study of the performance of symmetric and asymmetric mixed-conducting membranes / X. Chang, C. Zhang, Y. He, X. Dong, W. Jin, N. Xu // Chin. J. Chem. Eng. 2009. V. 17. Is. 4. P. 562–570. https://doi.org/10.1016/S1004-9541(08)60245-1

  16. CO2-tolerant oxygen separation membranes targeting CO2 capture application / Q. Zeng, Y. Zuo, C. Fan, C. Chen // J. Membrane Sci. 2009. V. 335. Is. 1–2. P. 140–144. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2009.03.012

  17. Perovskite oxides applications in high temperature oxygen separation, solid oxide fuel cell and membrane reactor: A review / J. Sunarso, S.S. Hashim, N. Zhu, W. Zhou // Prog. Energy Combust. Sci. 2017. V. 61. P. 57–77. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.03.003

  18. Hydrogen-enriched syngas production by lignite chemical looping gasification with composite oxygen carriers of phosphogypsum and steel slag / Q. Pan, L. Ma, W. Du, J. Yang, R. Ao, X. Yin, S. Qing // Energy. 2022. V. 241. P. 122927. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.122927

  19. Study of structural and electrical properties of a new type of complex tungsten bronze electro ceramics; Li2Pb2Y2W2Ti4V4O30 / P.R. Das, B. Pati, B.C. Sutar, R.N.P. Choudhury // J. Mod. Phys. 2012. V. 3. No. 8. P. 870–879. https://doi.org/10.4236/jmp.2012.38114

  20. Funke K. Jump relaxation model and coupling model – a comparison // J. Non-Crystalline Solids. 1994. V. 172–174. Part 2. P. 1215–1221. https://doi.org/10.1016/0022-3093(94)90646-7

  21. Hydrogen production by catalytic decomposition of methane using a Fe-based catalyst in a fluidized bed reactor / D. Torres, S. de Llobet, J.L. Pinilla, M.J. Lázaro, I. Suelves, R. Moliner // J. Natural Gas Chem. 2012. V. 21. Is. 4. P. 367–373. https://doi.org/10.1016/S1003-9953(11)60378-2

  22. Application of ice to the synthesis of graphite oxide: a modified Hummers method / T.S. Gudyma, N.I. Lapekin, M.V. Popov, A.G. Bannov // Solid Fuel Chem. 2022. V. 56. P. 347–352. https://doi.org/10.3103/s0361521922050044

  23. Oxygen permeation, thermal and chemical expansion of (La, Sr)(Fe, Ga)O3 – δ perovskite membranes / E. Juste, A. Julian, G. Etchegoyen, P.M. Geffroy, T. Chartier, N. Richet, P. Del Gallo // J. Membrane Sci. 2008. V. 319. Is. 1–2 P. 185–191. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2008.03.034

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал