Исследование водородопроницаемости через поверхностно модифицированные Pd–Cu мембраны при низких температурах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Мембраны сплава Pd60%Cu40% были модифицированы наноструктурированными покрытиями в целях интенсификации низкотемпературного (25–100°С) транспорта водорода. В качестве поверхностных модификаторов методом электроосаждения нанесены классическая палладиевая чернь и нитевидные частицы. Результаты проведенных экспериментов подтвердили, что нанесение модифицирующего слоя на обе поверхности разработанных мембран сплава Pd60%Cu40% способно существенно снизить поверхностные ограничения процесса переноса водорода. Исследование разработанных мембран в процессах низкотемпературного транспорта водорода продемонстрировало высокие и стабильные потоки вплоть до 0.36 ммоль с–1 м–2, а также высокую водородопроницаемость до 1.33 × 10–9 моль с–1 м–1 Па–0.5. Проницаемость водорода для мембран сплава Pd60%Cu40%, модифицированных нанонитями, оказалась до 1.3 раза выше относительно мембран, модифицированных классической чернью, и до 3.9 раза выше относительно немодифицированных мембран. Разработанные мембраны сплава Pd60%Cu40% также продемонстрировали высокий уровень селективности H2/N2 – до 3552. Стратегия поверхностной модификации мембран на основе палладия может пролить новый свет на разработку и производство высокопроизводительных и селективных мембран для использования в установках по получению сверхчистого водорода.

Об авторах

И. С. Петриев

Кубанский государственный университет; Южный научный центр Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: petriev_iliya@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар; Россия, 344006, Ростов-на-Дону

П. Д. Пушанкина

Кубанский государственный университет

Email: petriev_iliya@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар

Г. А. Андреев

Кубанский государственный университет

Email: petriev_iliya@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар

Список литературы

  1. Filippov S.P., Yaroslavtsev A.B. // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. № 6. P. 627. https://doi.org/10.1070/RCR5014
  2. Apel P.Y., Velizarov S., Volkov A.V. et al. // Membr. Membr. Technol. 2022. V. 4. P. 69. https://doi.org/10.1134/S2517751622020032
  3. Mironova E.Y., Ermilova M.M., Orekhova N.V. et al. // Membr. Membr. Technol. 2019. V. 1. P. 246. https://doi.org/10.1134/S251775161904005X
  4. Stenina I., Yaroslavtsev A. // Processes. 2023. V. 11. № 56. https://doi.org/10.3390/pr11010056
  5. Petriev I.S., Lutsenko I.S., Pushankina P.D. et al. // Russ. Phys. J. 2022 V. 65. P. 312. https://doi.org/10.1007/s11182-022-02637-x
  6. Didenko L.P., Babak V.N., Sementsova L.A. et al. // Membr. Membr. Technol. 2023. V. 5. P. 69. https://doi.org/10.1134/S2517751623020038
  7. Gallucci F., Fernandez E., Corengia P. et al. // Chem. Eng. Sci. 2013. V. 92. P. 40. https://doi.org/10.1016/j.ces.2013.01.008
  8. Lytkina A.A., Orekhova N.V., Ermilova M.M. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. P. 13310. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.03.205
  9. Apel P.Y., Bobreshova O.V., Volkov A.V. et al. // Membr. Membr. Technol. 2019. V. 1. P. 45. https://doi.org/10.1134/S2517751619020021
  10. Lytkina A.A., Orekhova N.V., Ermilova M.M. et al. // Pet. Chem. 2017. V. 57. P. 1219. https://doi.org/10.1134/S0965544117130072
  11. Fedotov A.S., Tsodikov M.V., Yaroslavtsev A.B. // Processes. 2022. V. 10. № 2060. https://doi.org/10.3390/pr10102060
  12. El-Shafie M., Kambra S., Hayakawa Y. // S. Afr. J. Chem. Eng. 2021. V. 35. P. 118. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2020.09.005
  13. Prikhno I.A., Safronova E.Y., Stenina I.A. et al. // Membr. Membr. Technol. 2020. V. 2. P. 265. https://doi.org/10.1134/S2517751620040095
  14. Petriev I., Pushankina P., Shostak N. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 228. https://doi.org/10.3390/ijms23010228
  15. Ryu S., Badakhsh A., Oh J.G. et al. // Membranes. 2023. V. 13. № 23. https://doi.org/10.3390/membranes13010023
  16. Fasolin S., Barison S., Agresti F. et al. // Membranes. 2022. V. 12. № 722. https://doi.org/10.3390/membranes12070722
  17. Yin Z., Yang Z., Du M. et al. // J. Membr. Sci. 2022. V. 654. № 120572. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120572
  18. Petriev I.S., Pushankina P.D., Lutsenko I.S. et al. // Doklady Physics. 2021. V. 66. P. 209. https://doi.org/10.1134/S1028335821080061
  19. Nam S.-E., Lee K.-H. // J. Membr. Sci. 2001. V. 192. P. 177. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(01)00499-9
  20. Nam S.-E., Lee K.-H. // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. V. 44. P. 100. https://doi.org/10.1021/ie040025x
  21. Islam M.S., Rahman M.M., Ilias S. // Int. J. Hydrog. Energy. 2012. V. 37. P. 3477. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.11.024
  22. Kim D.-W., Park Y.J., Moon J.-W. // Thin Solid Films. 2008. V. 516. P. 3036. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.11.126
  23. Bosko M.L., Fontana A.D., Tarditi A. et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. V. 46. P. 15572. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.02.082
  24. Zhu K., Li X., Zhang Y. et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2022. V. 47. P. 6734. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.12.021
  25. Alrashed F.S., Paglieri S.N., Alismail Z.S. et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. V. 46. P. 21939. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.04.020
  26. Sazali N. // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2020. V. 107. P. 2465. https://doi.org/10.1007/s00170-020-05196-y
  27. Rahimpour M.R., Samimi F., Babapoor A. et al. // Chem. Eng. Process: Process Intensif. 2017. V. 121. P. 24. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.07.021
  28. Wei W., Liu L.C., Gong H.R. et al. // Comput. Mater. Sci. 2019, 159, 440–447. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.12.037
  29. Zhao C., Goldbach A., Xu H. // J. Membr. Sci. 2017. V. 542. P. 60. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.07.049
  30. Ievlev V.M., Solntsev K.A., Vasiliev A.L. et al. // Processes. 2022. V. 10. № 2632. https://doi.org/10.3390/pr10122632
  31. Moon D.-K., Han Y.-J., Bang G. et al. // Korean J. Chem. Eng. 2019. V. 36. P. 563. https://doi.org/10.1007/s11814-019-0237-7
  32. Howard B.H., Killmeyer, R.P., Rothenberger K.S. et al. // J. Membr. Sci. 2004. V. 241. P. 207. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.04.031
  33. Nayebossadri S., Speight J., Book D. // J. Membr. Sci. 2014. V. 451. P. 216. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.10.002
  34. Martin M.H., Galipaud J., Tranchot A. et al. // Electrochim. Acta. 2013. V. 90. P. 615. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.10.140
  35. Yuan L., Goldbach A., Xu H. // J. Phys. Chem. B. 2007. V. 111. № 37. P. 10952. https://doi.org/10.1021/jp073807n
  36. Gao M.C., Ouyang L., Doğan Ö.N. // J. Alloys Compd. 2013. V. 574. P. 368. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.05.126
  37. Yuan L., Goldbach A., Xu H. // J. Phys. Chem. B. 2008. V. 112. P. 12692. https://doi.org/10.1021/jp8049119
  38. Opalka S.M., Huang W., Wang D. et al. // J. Alloys Compd. 2007. V. 446–447. P. 583. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.01.130
  39. Shinoda Y., Takeuchi M., Dezawa N. et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. V. 46. P. 36291. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.08.127
  40. Roa F., Block M.J., Way J.D. // Desalination. 2002. V. 147. P. 411. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(02)00636-7
  41. Petriev I., Pushankina P., Bolotin S. et al. // J. Membr. Sci. 2021. V. 620. № 118894. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118894
  42. Kudashova D.S., Falina I.V., Kononenko N.A. et al. // Membr. Membr. Technol. 2023. V. 5. P. 18. https://doi.org/10.1134/S2517751623010043
  43. Yaroslavtsev A.B. // Solid State Ionics. 2005. V. 176. № 39–40. P. 2935–2940. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2005.09.025
  44. Yaroslavtsev A.B., Stenina I.A., Golubenko D.V. // Pure and Applied Chemistry. 2020. V. 92. № 7. P. 1147–1157. https://doi.org/10.1515/pac-2019-1208
  45. Voropaeva E.Y., Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2008. V. 53. P. 1677. https://doi.org/10.1134/S0036023608110016
  46. Yaroslavtsev A.B., Stenina I.A., Voropaeva E.Yu. et al. // Polymers for Advanced Technologies. 2009. V. 20. № 6. P. 566–570. https://doi.org/10.1002/pat.1384
  47. Golubenko D.V., Karavanova Y.A., Melnikov S.S. et al. // J. Membr. Sci. 2018. V. 563. P. 777–784. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.06.024
  48. Safronova E.Y., Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2010. V. 55. P. 13. https://doi.org/10.1134/S0036023610010031
  49. Vielstich W. Brennstoffelemente. Moderne Verfahren zur elektrochemischen Energlegewfnming, Verlag Chemie, Weinheim 1965.
  50. Petriev I., Pushankina P., Lutsenko I. et al. // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 2081. https://doi.org/10.3390/nano10102081
  51. Petriev I., Pushankina P. Glazkova Y. et al. // Coatings. 2023. V. 13. P. 621. https://doi.org/10.3390/coatings13030621
  52. Basov A., Dzhimak S., Sokolov M. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 1164. https://doi.org/10.3390/nano12071164
  53. Pushankina P., Baryshev M., Petriev I. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 4178. https://doi.org/10.3390/nano12234178
  54. Petriev I.S., Pushankina P.D., Lutsenko I.S. et al. // Tech. Phys. Lett. 2021. V. 47. P. 803. https://doi.org/10.1134/S1063785021080216
  55. Xiong Y., Ye W., Chen W. et al. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 5800. https://doi.org/10.1039/C6RA25900F
  56. Wang L., Zhai J.-J., Jiang K. et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2015. V. 40. P. 1726. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.11.128
  57. Ward T.L., Dao T. // J. Membr. Sci. 1999. V. 153. P. 211. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(98)00256-7
  58. Baychtok Y.K., Sokolinsky Y.A., Ayzenbud M.B. // J. Phys. Chem. 1976. V. 50. P. 1543.
  59. Pacheco Tanaka D.A., Llosa Tanco M.A., Okazaki J. et al. // J. Membr. Sci. 2008. V. 320. P. 436. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2008.04.044
  60. Nomura M., Ono K., Gopalakrishnan S. et al. // J. Membr. Sci. 2005. V. 251. P. 151. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.11.008
  61. Itoh N., Xu W.-C. // Appl. Catal. A: Gen. 1993. V. 107. P. 83. https://doi.org/10.1016/0926-860X(93)85117-8
  62. Okazaki J., Pacheco Tanaka D.A., Llosa Tanco M.A. et al. // J. Membr. Sci. 2006. V. 282. P. 370. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.05.042
  63. Santucci A., Borgognoni F., Vadrucci M. et al. // J. Membr. Sci. 2013. V. 444. P. 378. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.05.058
  64. Pan X., Kilgus M., Goldbach A. // Catal. Today. 2005. V. 104. P. 225. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2005.03.049
  65. Zhao C., Goldbach A., Xu H. // J. Membr. Sci. 2017. V. 542. P. 60. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.07.049

Дополнительные файлы


© И.С. Петриев, П.Д. Пушанкина, Г.А. Андреев, 2023