بررسی اثرپارامترهای ساخت برخواص بدنه های پروسکایتی سیستم اکسیدباریم–کبالت- آهن- تانتالم (bcft)

تامین هیدروژن خالص مصرفی پیل های سوختی اهمیت زیادی در توسعه فناوری پیل های سوختی دارد.یکی از بهترین روش های شناخته شده برای تامین هیدروژن خالص، تولید هیدروژن از اکسیداسیون جزئی متان است. این واکنش مصرف کننده حجم بالایی از اکسیژن خالص بوده و خلوص اکسیژن اهمیت بالایی در تولید هیدروژن طی این واکنش دارد. نتایج تحقیقات نشان دهنده امکان بهره برداری صنعتی از واکنش اکسیداسیون جزئی متان با هدفتولید هیدروژن خالص، با استفاده از راکتورهای غشایی است. در راکتورهای غشایی از غشاهای اکسیژن برای تولید اکسیژن بسیار خالص مورد نیاز این واکنش استفاده می شود و اکسیژن حاصل از عملکرد غشا، تحت واکنش اکسیداسیون متان مصرف می شود. یکی از بهترین غشاهای اکسیژن، غشاهای پروسکایتی است که در دسته غشاهای متراکم و بدون تخلخل قرار گرفته و به دلیل مکانیزم منحصر به فرد تفکیک اکسیژن که از طریق حجم بالای عیوب اکسیژن در ساختارانجام می شود، در صورت عدم وجود ترک و تخلخل های باز، قابلیت تولید اکسیژن با خلوص بسیار بالا را دارا است.در تئوری،قدرت تفکیک این غشاها تا 100% است. پروسکایت?هاموادی با ترکیب abo3 می?باشند که ترکیبات شیمیایی متفاوتی داشته وخواص بسیار جالبی از خود نشان می?دهند.یکی از حائز اهمیت?ترین خواص پروسکایت?هاخواص هدایت مخلوط یونی و الکتریکی آنان است. این مواد به دلیل داشتن هدایت مخلوط که تحت تاثیر حجم عیوب اکسیژنی موجود در ساختار است به عنوان مهم?ترین غشاهای سرامیکی هادی اکسیژن مورد بررسی قرارمی گیرند. هدایت الکتریکی پروسکایت?هانقش اساسی در عملکرد این ترکیبات به عنوان غشا دارد و به صورت مدار کوتاه داخلی عمل می کند. در نهایت، غشاهایی با هدایت مخلوط نیازی به الکترود?ها و مدارات خارجی ندارند. اگر یک غشای پروسکایتی اکسیژن تحت گرادیان پتانسیل شیمیایی قرار گیرد آنیون?های اکسیژن از سمتی با پتانسیل شیمیایی بالاتر به سمتی با پتانسیل شیمیایی پایین?تر جریان می?یابند و این در حالی است که خنثایی الکتریکی حفظ می شود. جای خالی یونی تامین کننده راه عبور برای یون ها است بنابراین با افزایش تعداد عیوب، جریان اکسیژن قابل افزایش است. افزایش حجم عیوب اکسیژن برای داشتن سرعت مطلوب انتشار اکسیژن با حفظ پایداری فاز پروسکایت همواره محور اصلی تحقیقات در حوزه غشا های پروسکایتی بوده است. استراتژی آلاییدن یکی از بهترین راهکارها در افزایش حجم عیوب و بهینه سازی خواص پروسکایت?های سنتزی می باشد. یون آلاینده و غلظت آن می تواند به طور قابل ملاحظه ای عملکرد پروسکایت، هدایت الکتریکی و پایداری این فاز را تحت تاثیر قرار دهد. ترکیب شیمیایی پروسکایت، نوع افزودنی، غلظت افزودنی، چگال بودن و عاری از عیب بودن بدنه غشا، از مهم ترین عوامل تاثیر گذار بر خلوص اکسیژن، سرعت انتشار اکسیژن و پایداری آن به عنوان مهم ترین معیارهای عملکرد پروسکایت?هااست. دستهبندی غشاهای پروسکایتی هادی اکسیژن نیز بر اساس سرعت انتشار اکسیژن و میزان پایداری فاز پروسکایت به ویژه در شرایط احیایی است.از میان سیستم های مختلف پروسکایتی، ترکیبات سیستم sr(co,fe)o3??سیستمی با بالاترین جریان انتشاراکسیژن است.این سیستم پایداری مطلوبی نداشته و همواره تحقیقات زیادی برای افزایش پایداری این سیستم انجام شده است.شائو* و همکارانش اثر آلاییدن کاتیون استرانسیوم را با کاتیون باریم در این سیستم بررسی نموده و اثر این آلاییدن را در افزایش پایداری مثبت ارزیابی نمودند. با پیشرفت تحقیقات ترکیبco0.8fe0.2o3??ba1?xsrx با پایداری بهبود یافته و سرعت انتشار اکسیژن مطلوب معرفی شد. در این سیستم بیشترین سرعت انتشار اکسیژن1-min2-cm3cm19/1 برای غشایی با ضخامت 5/1 میلیمتر در oc850 گزارش شد. توسعه تحقیقات در زمینه غشاهای هادی اکسیژن سیستم جدیدی را با انتشار مطلوب اکسیژن و با پایداری بسیار مطلوب معرفی نمود. در این سیستم جایگاه a، به طور کامل با کاتیون باریم جایگزین شده و در جایگاه b، علاوه بر کاتیون کبالت و آهن از آلاینده های مختلفی استفاده می شود. یکی از اعضای این سیستم ba(co0.7fe0.2nb0.1)o3??می باشد. این گروه از غشا های پروسکایتی به دلیل خواص ویژه و قابلیت بالادر ساخت راکتور های غشایی اکسیداسیون جزئی متان، بسیار مورد توجه می?باشند. در این پایان نامه سیستمba(co0.7fe0.2m0.1)o3??مورد بررسی قرار گرفته و بر اساس مطالعات خواص و ساختار پروسکایت ba(co0.8fe0.2)o3?? به عنوان ترکیب پایه، خواص ایده آل برای آلاینده انتخاب شده است. یکی از اهداف این تحقیق تعریف معیار هایی برای انتخاب آلاینده بوده است. بر اساس معیارهای تعریف شده اکسید تانتالم به عنوان آلاینده مناسب انتخاب شد و مکانیزم تشکیل و خواص پروسکایت ba(co0.7fe0.2ta0.1)o3?? بررسی شده و فرایند بهینه سنتز این فاز پروسکایت ارائه شد. با بررسی اثر دما و زمان در ساخت بدنه های پروسکایتی ba(co0.7fe0.2ta0.1)o3??، شرایط ساخت بدنه هایی بدون تخلخل نیز ارائه شد و اثر افزودنی اکسید مس نیز به عنوان کمک زینتر مورد بررسی قرار گرفت. برخی از خواص حائز اهمیت در انتخاب غشا های ایده آل چون میزان هدایت الکتریکی نیز برای بررسی میزان کارایی این ترکیب به عنوان غشا مورد بررسی قرار گرفت.