EFFECT OF COATING MATERIALS ON THE OXYGEN PERMEABILITY AND STABILITY OF THE ASYMMETRIC ION TRANSPORT MEMBRANE Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ (BSCF)
No Thumbnail Available
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
ثاني أكسيد الكربون هو أحد أكبر مسببات الاحتباس الحراري، و من أكبر منتجي هذه المادة هي صناعات الطاقة الحارقة للنفط و منتجاته. أحد الحلول للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون هو استخدام الاحتراق المسمى (oxy-fuel) ؛ وهو احتراق الوقود في بيئة غنية بالأكسجين منتجا نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون الذي من الممكن جمعه و تخزينه، و بذلك يتم إيقاف الانبعاثات الغير مرغوب فيها من صناعات الطاقة. من الممكن استخدام الأغشية النافذة للأيونات (التي تمكننا من فصل الأكسجين عن المواد الأخرى في الهواء) لإنتاج البيئة الغنية بالأكسجين. أهم القضايا التي تحدد مدى نجاح هذه التكنولوجيا هي الاستقرار الكيميائي في وجود ثاني أكسيد الكربون، ونفاذية الأكسجين، والإغلاق المحكم لهذه الأغشية في جهاز الاحتراق في درجات حرارة عالية. في هذه الدراسة، الغشاء الناقل للأيونات المستخدم هو Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF) بما أنه الأكثر نفاذية للأكسجين. تمت دراسة علاقة نفاذية BSCF مع المتغيرات الآتية: الشكل المجهري، السماكة، والضغط الجزئي للأكسجين. أظهرت هذه الدراسة أن الغشاء BSCF مستقر بشكل جيد تحت ظروف غير نشطة كيميائيا، على سبيل المثال: عند درجة حرارة 920 مئوية، غشاء BSCF بسماكة 1.4 مللمتر أنتج تدفق مستمر للأكسجين بمقدار 0.83 ميكرو مول/سنتيمتر مربع ∙ ثانية (µmol.cm-2.s-1) لأكثر من 1000 ساعة. كانت من التحديات في هذه الدراسة إيجاد مادة مناسبة لعزل بيئة الإحتراق عن محيطها و إغلاقها بإحكام. بعد إجراء بعض الدراسات على مواد وأخلاط مختلفة، تم التوصل إلى أفضل خليط لاستخدامه في عملية العزل، وهو خليط من زجاج البوروسليكات (Pyrex-glass) بنسبة 20% وزنا و 80% مسحوق BSCF. هذا الخليط يعتبر الحل الأفضل للمدى الطويل لمنع تسرب الأكسجين للخارج أو الهواء الخارجي للداخل، كما أنه يوفر التصاق قوي بين الغشاء BSCF والأنبوب السيراميكي في جهاز الاحتراق، وأيضا يمنع حدوث أي تفاعل كيميائي على سطح الغشاء. تم استخدام الغشاء BSCF في جهاز احتراق في المختبر مع اختيار غاز الميثان كوقود. أظهرت الدراسة أن تحلل الغشاء يعتمد على معدل تدفق الوقود، ومن الممكن منع التحلل من الحدوث اذا تمت عملية الاحتراق بمقدار فائض من الأكسجين يعدل 15%، كما أظهرت أن الزيادة في تدفق الوقود تؤدي الى زيادة عالية في نفاذية الغشاء. لتحقيق تدفق أكسجيني عالي مع إبقاء الغشاء من التحلل، تم طلاء الجهة النافذة للغشاء بخليط من La2NiO4+δ (LNO) و BSCF. بهذا، تم التوصل الى غشاء مستقر لمدى 140 ساعة من احتراق متواصل للميثان مع أكسجين بتدفق 1.35 ميكرو مول/سنتيمتر مربع ∙ ثانية (µmol.cm-2.s-1) عند درجة حرارة 920 مئوية. توجد طريقة أخرى لتحسين نفاذية الأكسجين للغشاء BSCF وهي باستخدام غشاء غير متماثل، بحيث يتم طلاء طبقة رقيقة جدا من الغشاء BSCF الكثيف فوق طبقة داعمة من الغشاء BSCF المسامي. هذا الغشاء المركب الغير المتماثل أظهر نفاذية أعلى، فأنتج تدفق أكسجيني بمقدار 1.42 ميكرو مول/سنتيمتر مربع ∙ ثانية (µmol.cm-2.s-1) عند درجة حرارة 920 مئوية بعدم وجود وقود، مانحا زيادة في المقدار المسموح به لتدفق الوقود في جهاز الاحتراق.