Hydrogen production by a 2-step water-splitting thermochemical cycle using metal oxides (ferrites) redox pairs and $CH_4$ have been studied in this experiment. The ferrites were reacted with $CH_4$ at $700{\sim}800^{\circ}C$ to produce CO, $H_2$ and various reduced phases (reduction step); these were then reoxidized with water vapor to generate $H_2$ in water-splitting step (oxidation step) at $600{\sim}700^{\circ}C$. The reduced ferrites, Ni-FeO and Ni-Fe alloy showed respectively different reactivity for $H_2$ formation from $H_2O$. In reduction reaction at $800^{\circ}C$, carbon was deposited on surface of Ni-ferrite due to $CH_4$ decomposition. This reduced phase containing carbon, which was taken quite different feature from other phase, produced $H_2$, CO, $CO_2$ by reacting with $H_2O$ at $600^{\circ}C$. The amount of $H_2$ evolved using reduced phase containing carbon was much higher than that of other phase.
The two-step water splitting thermochemical cycle is composed of the T-R (Thermal Reduction) and W-D (Water Decomposition) steps. The mechanism of this cycle is oxidation-reduction, which produces hydrogen. The reaction temperature necessary for this thermochemical cycle can be achieved by a dish-type solar thermal collector (Inha University, Korea). The purpose of this study is to validate a water splitting device in the field. The device is studied and fabricated by Kodama et al (2010, 2011). The validation results show that the foam device, when loaded with $CeO_2$ powder, was successfully achieved hydrogen production under field conditions. Through this experiment, we can analyze the characteristics of the catalyst and able to determine which is more advantageous thing to produce hydrogen compared with previous experiment that used ferrite-device.
Park, Seon-Young;Kim, Tae-Young;Jeong, Hwan-Kyeong;Nam, Ki-Dae
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.17
no.3
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pp.149-157
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2000
The synthesis of N-methyl glucamine was performed in two step reaction. The first step involves the amination between methylamine and glucose in methane. The N-methyl glucamine was obtained by the reduction of using Ni catalyst under the high pressure. The second step was glucamide anionic derivatives synthesis from N-methyl glucamine, maleic anhydride, lauryl alcohol and laurylamine by Schotten Banmann reaction respectively. Their molecular structures of N-methyl glucamine and glucamide (EG-MAS and AC-MAS) were investigated by IR and $^{1}H-NMR$. Basic physical properties and biodegradability of there glucamide anionic surfactant was investigated. The range of cmc values determined by measurements of surface tention was $10^{-5}{\sim}10^{-4}mol/l$ and the surface tension of the aqueous solution revealed in the range $28{\sim}30$ dyne/cm and their biodegradability was very good in the pH $5{\sim}10$.
To investigate the effect of microstructure on the formation of the desorption peak, the volumetric thermal analysis technique (VTA) was applied to the Mg-13.5 wt% Ni hydride system. The sample made by the HCS (hydriding combustion synthesis) process had two kinds of Mg microstructures. Linear heating was started with various constant heating rates. Only one peak was appeared in the case of the small initial hydrogen wt% (0.83 wt%). Yet, two peaks were appeared with increasing initial hydrogen wt% (1.85 and 3.73 wt%) when only Mg was hydrogenated. The first peak was formed through the evolution of hydrogen from $MgH_2$, made by eutectic Mg. The second peak was formed through the evolution of hydrogen from $MgH_2$, made by primary Mg. Therefore, this result shows that the microstructure also has a considerable effect on forming the desorption peak. We have also derived the hydrogen desorption equations by VTA to get apparent activation energy when the rate-controlling step for the desorption of the hydrided system is the diffusion of hydrogen through the ${\alpha}$ phase and the chemical reaction ${\beta}{\rightarrow}{\alpha}$.
The reaction of [$[Ni(L)]Cl_2{\cdot}2H_2O$ (L = 3,14-dimethyl-2,6,13,17-tetraazatricyclo[$14,4,0^{1.18},0^{7.12}$]docosane) with 1,1-cyclohexanediacetic acid ($H_2cda$) yields mononuclear nickel(II) complex, [$Ni(L)(Hcda^-)_2$] (1). This complex has been characterized by X-ray crystallography, electronic absorption, cyclic voltammetry and thermogravimetric analyzer. The crystal structure of 1 exhibits a distorted octahedral geometry with four nitrogen atoms of the macrocycle and two 1,1-cyclohexanediacetate ligands. It crystallizes in the triclinic system P-1 with a = 11.3918(7), b = 12.6196(8), $c=12.8700(8){\AA}$, $V=1579.9(2){\AA}^3$, Z = 2. Electronic spectrum of 1 also reveals a high-spin octahedral environment. Cyclic voltammetry of 1 undergoes one wave of a one-electron transfer corresponding to $Ni^{II}/Ni^{III}$ process. TGA curve for 1 shows three-step weight loss. The electronic spectra, electrochemical and TGA behavior of the complex are significantly affected by the nature of the axial $Hcda^-$ ligand.
Metal hydrides, $LaNi_5$ and $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$, were prepared using chemical synthetic method, and their physical properties were examined using various analytic techniques such as TGA, XRD, SEM and EDX. The activation of the chemically prepared $LaNi_5$ and $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$ was achieved by two hydriding/dehydriding cycles only. The miasurements of P-C-T curves revealed that 6 and 5.5 hydrogen atoms were stored in LaNi5and $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$, respectively. The hydriding reaction rated for $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$ were measured by the method of initial rates. It was found that the shrinking unreacted core model could be applied for the analysis of hydriding kinetics of $LaNi_5$. The rate controlling step of this reaction was the dissociative chemisorption of hydrogen molecules on the surface of $LaNi_5$. The activation energy was $9.506kcal/mol-H_2$. The rates measured in the temperature range from 273 to 343K and in pressure difference ($P_o-P_{eq}$) range form 0.25 to 0.66atm could be expressed as the following equation ; $\frac{dX}{dt}=4.636(P_o-P_{eq})$ exp($\frac{-9506}{RT}$).
The two-step water splitting thermochemical cycle is composed of the T-R (Thermal Reduction)and W-D (Water Decomposition)steps. The mechanism of this cycle is oxidation-reduction, which produces hydrogen. The reaction temperature necessary for this thermochemical cycle can be achieved by a dish-type solar thermal collector (Inha University, Korea). The purpose of this study is to validate a water splitting device in the field. The device is studied and fabricated by Kodama et al (2010, 2011). The validation results show that the foam device, when loaded with $NiFe_2O_4/m-ZrO_2$powder, was successfully achieved hydrogen production with 9 (10 with a Xe-light solar simulator, 2009, Kodama et al.) repeated cycles under field conditions. Two foam device used in this study were tested for validation before an experiment was performed. The lab scale ferrite-conversion rate was in the range of 24~76%. Two foam devices were designed to for structural stability in this study. In the results of the experiments, the hydrogen percentage of the weight of each foam device was 7.194 and $9.954{\mu}mol\;g^{-1}$ onaverage, and the conversion rates 4.49~29.97 and 2.55~58.83%, respectively.
Two-step thermochemical cycle using ferrite-oxide($Fe_3O_4$) device was investigated. The $H_2O$(g) was converted into $H_2$ in the first experiment which was performed using a dish type solar thermal system. However the experiment was lasted only for 2 cycles because the metal oxide device was sintered and broken down. Another problem was that the reaction was taken place mainly on a side of the metal oxide device. The $m-ZrO_2$, which was widely known as a material preventing sintering, was applied on the metal oxide device. The ferrite loading rate and the thickness of the metal oxide device were increased from 10.67wt% to 20wt% and from 10mm to 15mm, respectively. The chemical reactor having two inlets was designed in order to supply the reactants uniformly to the metal oxide device. The second-experiment was lasted for 5 cycles, which was for 6 hours. The total amount of the $H_2$ production was 861.30mL.
Sooyeon Han;Jongin Hong;Youngah Jeon;Huyong Tian;Kim, Yangsoo;Kwangsoo No
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.235-235
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2003
The development of a buffer layer is an important issue for the second -generation wire, YBCO coated metal wire. The buffer layer demands not only on the prohibition of the reaction between YBCO and metal substrate, but also the proper lattice match and conductivity for high critical current density (Jc) of YBCO superconductor, In order to satisfy these demands, we suggested CaRuO3 as a useful candidate having that the lattice mismatches with Ni (200) and with YBCO are 8.2% and 8.0%, respectively. The CaRuO3 thin films were deposited on Ni substrates using various methods, such as e-beam evaporation and DC and RF magnetron sputtering. These films were investigated using SEM, XRD, pole-figure and AES. In e-beam evaporation, the deposition temperature of CaRuO3 was the most important since both hi-axial texturing and NiO formation between Ni and CaRuO3 depended on it. Also, the oxygen flow rate had i[n effect on the growth of CaRuO3 on Ni substrates. The optimal conditions of crystal growth and film uniformity were 400$^{\circ}C$, 50 ㎃ and 7 ㎸ when oxygen flow rate was 70∼100sccm In RF magnetron sputtering, CaRuO3 was deposited on Ni substrates with various conditions and annealing temperatures. As a result, the conductivity of CaRuO3 thin films was dependent on CaRuO3 layer thickness and fabrication temperature. We suggested the multi-step deposition, such as two-step deposition with different temperature, to prohibit the NiO formation and to control the hi-axial texture.
We synthesized the binuclear Tetradentate Schiff base nickel(II) and copper(II) complexes ; [Ni(II)$_2$(SMPO)$_2$(L)$_2$], [Ni(II)$_2$(SPPD)$_2$(L)$_2$] and [Cu(II)$_2$(SMPD)$_2$] and [Cu(II)$_2$(SPPD)$_2$] (where, L : Py, DMSO and DMF). We identified the structure of these complexes by elemental analysis, IR-spectrum, T.G.A, D.S.C and ESR measurements. According to the results of cyclic voltammetry and DPP measurements in aprotic solvent included 0.1M TEAP as supporting electrolyte, we knew that diffusional controlled redox process of one step with one electron was irreversible process in 0.1M TEAP-Py solution. Also it was reversible or quasi reversible process in 0.1M TEAP-DMSO solution and reversible or E.C reaction mechanism in 0.1M TEAP-DMF solution at mononuclear complexes ; [Cu(II)(SOPD)] and [Ni(II)(SOPD)(L)$_2$]. But, we knew that diffusional controlled redox process of two step for one electron of binuclear complexes was as follows. The values of redox potential for dimeric complexes in 0.1M TEAP-L solution (where, L ; Py, DMSO and DMF) with scan rate 100mV/sec.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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