Ультрадисперсные оксидные материалы для мембран и каталитических систем : этап 5 : Испытание лабораторных образцов мембран и катализаторов. Методическое обеспечение образовательного процесса

Abstract

Объектами исследования настоящей НИР являются перовскитоподобные оксидные материалы типа ABO3, A1-xB1+xO3, А2 В2 О5, А2 ВВ'О5, А +2 3(В +3В')2 О8, А4 В4 О11, А4 В2 О11, где A-Ag, щелочноземельные и (или) редкоземельные металлы, B, В' – 3d-элементы, V, Nb, Ta и метакомпозитные фазы (MeZ+ 2/Z(WO4) – WO3). Цель шестого этапа исследований: испытание образцов катализаторов в установке парциального окисления метана с образованием синтез-газа; испытание мембран для создания конвертора природного газа: оценка эффективности работы на полноту конверсии и стабильности работы во времени; испытание опытных образцов мембран в составе топливного элемента: снятие вольтамперных характеристик, оценка эффективности работы на полноту сгорания топлива, оценка КПД и стабильности работы во времени. Разработка и постановка лабораторного практикума по курсам: «Мембраны для электрохимических устройств: получение и применение», «Получение и изучение свойств катализаторов для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ», «Электрохимические методыисследования свойств материалов». Использованные методы получения порошков и керамики: твердофазный синтез, синтез через жидкие прекурсоры в различных вариантах (пиролиз полимерно-солевых композиций, термическое разложение прекурсоров), брикетирование и отжиг порошков. Методы исследования и аттестации: рентгеноструктурный анализ, лазерная дифракция, электронная микроскопия, термогравиметрический анализ, импедансная спектроскопия, различные варианты методов измерения ионной и электронной проводимости при варьируемых термодинамических условиях внешней среды. Проведены успешные испытания датчика влажности на основе сложнооксидной фазы Ba4In2 Zr2 O11, работающего в температурном интервале 150-400°С. Сенсорный элемент проявил стабильные характеристики, малые времена отклика и высокую чувствительность к смене влажности. Проведена апробация кислородпроводящего материала BIFEVOX как электролита для топливного элемента в ячейках трех типов, две из которых, с конструкционной точки зрения, реализуют плоскую модель топливного элемента, а третья – трубчатую. Подобран состав высокотемпературного стекла, 7 способный обеспечивать герметичность ячейки и её стабильную работу. Фаза Ba4 Сa 2 Nb2 O11 исследована как протон-проводящая мембрана для твердотельного водород – воздушного топливного элемента (ТЭ), работающего при температурах 400-500°С. В качестве материала для конвертора изготовлены и аттестованы газоплотные керамические мембраны трубчатой формы на основе La0.8Sr0.2FeO3. При T=850°C достигнута степень конверсии 96% и селективность 97%. Интервал стабильной работы мембраны составляет как минимум 100 часов. Как материал для каталитического окисления метана испытаны фазы Sr 4 Mn 2 Nb 2 O11 , Sr 4 Cu 2 Nb 2 O11 и Sr5.66Cu0.14Nb2.20O11.30, Bi4 V1.4Nb0.6O11−δ Степень превращения метана при 750°С достигает 100%. Фазы обладают высокой химической стабильностью в восстановительной атмосфере и совмещают высокие транспортные свойства и термическую устойчивость. Разработаны и подготовлены лабораторные практикумы трех учебных курсов для цикла специальных дисциплин магистратуры по направлению «Химия» 020100 в Уральском государственном университете: «Мембраны для электрохимических устройств: получение и применение», «Получение и изучение свойств катализаторов для защиты атмосферы от выбросов токсичных веществ» и «Электрохимические методы исследования свойств материалов». Практическое внедрение полученных результатов НИР в образовательный процесс к настоящему времени реализуется в виде чтения лекционных курсов и проведения практических занятий в Уральском федеральном университете по направлениям 020100 – «Химия»; 210600 – «Нанотехнология»; 010700 – «Физика». Результаты НИР определяют направление исследований магистрантов и аспирантов химического и физического факультетов УрФУ в рамках тематики НОЦ «Перспективные материалы». Подготовлены, получили заключение объединенного научного семинара химического факультета Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» и представлены к защите в диссертационном советеД 212.286.12 следующие работы: 1. Анимица Ирина Евгеньевна. «Высокотемпературные протонные проводники на основе перовскитоподобных сложных оксидов со структурным разупорядочением кислородной подрешетки». Представлена на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия. Протокол № 59 от 27 июня 2011 г. объединенного семинара кафедр аналитической, физической, неорганической химии и химии высокомолекулярных соединений химического факультета УрФУ. 2. Русских Ольга Владимировна. «Формирование и физико-химические свойства сложнооксидных компонентов каталитических систем». Представлена на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия. Протокол №60 от 13 июля 2011г. объединенного семинара кафедр аналитической, физической, неорганической химии и химии высокомолекулярных соединений химического факультета УрФУ.