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Membrane per la separazione dei gas
Membrane per la separazione dei gas alle alte temperature
Responsabili: Elisa Mercadelli
Personale coinvolto: Angela Gondolini, Alessandra Sanson, Alex Sangiorgi, Paola Pinasco
Le membrane di separazione sono dispositivi elettrochimici che permettono la cattura e la separazione di alcuni componenti provenienti da una corrente gassosa ad alte temperature (500-800°C). Sulla base dei materiali considerati questi sistemi possono essere classificati come:
- Membrane per la separazione di ossigeno;
- Membrane per la separazione di idrogeno.
- Membrane per la separazione di CO2
Questi dispositivi sono sostanzialmente dei doppi strati ceramici o ceramico-metallici costituiti da un elemento supportante ed uno attivo. Le membrane di separazione vengono prodotte in CNR-ISTEC partendo da polveri commerciali o di sintesi mediante colaggio su nastro, serigrafia o tecniche di manifattura additiva. Con questo metodo sono stati prodotti substrati ed elementi attivi di diverse composizioni :
- La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 (LSCF), La0.8Sr0.2MnO3 / Ce0.8Gd0.2O2,(LSM-GDC) per la separazione di O2;
- NiO/ Ba(Ce,Y,Zr)O3, Ba(YCe)O3, NiO/ Ba(Ce,Y,Zr)O3 e miscele con (Ce,Gd)O2 per la separazione di H2.
Un attento studio della composizione delle sospensioni e dei trattamenti termici necessari al consolidamento ha permesso la realizzazione di doppi strati ceramici di diametro fino a 5 cm con microstruttura adeguata all’applicazione.
Poiché i dispositivi prodotti vengono comunemente sinterizzati in “co-firing”, ampia attenzione viene posta al comportamento in sinterizzazione dei vari strati che, anche se sottoposti allo stesso trattamento termico, devono presentare una microstruttura porosa del comparto supportante e un’elevata densità dello strato attivo.
Strumenti e processi
Tape casting, serigrafia, stampa 3D
Principali collaborazioni
- Ricerca Sistema Elettrico (RSE S.p.A.)
- Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia (CNR-ICMATE)
- Universitat Politècnica de València
Progetti
Pubblicazioni
- D. Montaleone, E. Mercadelli, A. Gondolini, P. Pinasco, A. Sanson “On the compatibility of dual phase BaCe0.65Zr0.2Y0.15O3-based membrane for hydrogen separation application” Ceram. Int. 43 [13] (2017) 10151-10157.
- E. Mercadelli, D. Montaleone, A. Gondolini, P. Pinasco, A. Sanson “Tape-cast asymmetric membranes for hydrogen separation” Ceramics International 43 [11] (2017) 8010-8017.
- D. Montaleone, E. Mercadelli, S. Escolàstico, A. Gondolini, J.M Serra, A. Sanson, All-ceramic asymmetric membranes with superior hydrogen permeation. J. Mater. Chem. A. 2018; 6:15718.
- Mercadelli E, Gondolini A, Montaleone D, Pinasco P, Escolástico S, Serra JM, Sanson A. Production strategies of asymmetric BaCe0.65Zr0.20Y0.15O3-δ – Ce0.8Gd0.2O2-δ membrane for hydrogen separation. Int. J. Hydrog. En. 45, 12 (2019) 7468-7478.