Kim, Eun Ju;Park, Se Hyoung;Park, Jung Hoon;Baek, Il Hyun
Membrane Journal
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v.25
no.5
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pp.415-421
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2015
$SrCo_{0.8}Fe_{0.1}Nb_{0.1}O_{3-{\delta}}$ oxide was synthesized by solid state reaction method. Dense ceramic membrane was prepared using as-prepared powder by pressing and sintering at $1250^{\circ}C$. XRD result of membrane showed single perovskite structure. The oxygen permeability were measured under 0.21 atm of oxygen partial pressure ($P_{O_2}$) and between 800 and $950^{\circ}C$. The oxygen permeation flux of $SrCo_{0.8}Fe_{0.1}Nb_{0.1}O_{3-{\delta}}$ membrane was increased with the increasing temperature. The maximum oxygen permeation flux was $1.839mL/min{\cdot}cm^2$ at $950^{\circ}C$. Long period permeability experiment was carried out to confirm the phase stability and $CO_2$-tolerance of membrane containing Nb in the condition of air with $CO_2$ (500 ppm) as feed stream at $900^{\circ}C$. The phase stability and $CO_2$-tolerance of $SrCo_{0.8}Fe_{0.1}Nb_{0.1}O_{3-{\delta}}$ were investigated by XRD and TG analysis. The result of $SrCo_{0.8}Fe_{0.1}Nb_{0.1}O_{3-{\delta}}$ which exposed carbon dioxide for 100 hours indicated 8wt% of $SrCO_3$. But it was known that the level of $SrCO_3$ production dose not have a significant effect on oxygen permeability.
$YBaCo_2O_{5+{\delta}}$ oxide was synthesized by solid state reaction and a typical dense membrane has been prepared using as-prepared powder by unilateral pressing and sintering at $1,180^{\circ}C$. The $YBaCo_2O_{5+{\delta}}$ membraneswas analyzed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). XRD analysis showed the double layered perovskite structure was observed over $1,150^{\circ}C$ without impurities. Oxygen permeation was measured in the temperature range from 750 to $950^{\circ}C$ according to oxygen partial pressure difference between feed and permeation side. The oxygen permeation flux increased with increasing temperature and oxygen partial pressure and the maximum oxygen flux of $YBaCo_2O_{5+{\delta}}$ membrane with 1.0 mm thickness was about 0.15 mL/$cm^2{\cdot}min$ at $950^{\circ}C$ and $PO_2$ = 0.42 atm. The activation energy for oxygen permeation decreased with decreasing oxygen partial pressure to be 76.0 kJ/mol at the condition of $PO_2$ = 0.21 atm.
Kim, Jong-Pyo;Pyo, Dae-Woong;Park, Jung-Hoon;Lee, Yong-Taek
Membrane Journal
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v.22
no.1
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pp.8-15
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2012
Tubular $Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ membranes with $La_{0.6}Sr_{0.4}Ti_{0.3}Fe_{0.7}O_{3-{\delta}}$ porous coating layer were prepared by extrusion and dip coating technique. XRD and SEM result showed the tubular membrane possessed the perovskite structure and porouscoating layer (thickness= about $2{\mu}m$) in surface. The oxygen permeation test was measured at condition of ambient air (feed side) and vacuum (permeate side) in the temperature range from 750 to $950^{\circ}C$. The oxygen permeation flux of $Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ tubular membrane with $La_{0.6}Sr_{0.4}Ti_{0.3}Fe_{0.7}O_{3-{\delta}}$ porous coating layer reached maximum $3.2mL/min{\cdot}cm^2$ at $950^{\circ}C$ and was higher than non-coated $Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ tubular membrane. Long-term stability test result indicated that the oxygen permeation flux was quite stable during the 11 day.
Perovskite type ceramic membranes which exhibit dual ion conduction (proton and oxygen ion conduction) can permeate water and can aid solving operational problems such as temperature gradient and carbon deposition associated with a working solid oxide fuel cell. From this point of view, it is crucial to reveal water transport mechanism and especially the nature of the surface sites that is necessary for water incorporation and evolution. $BaCe_{0.8}Y_{0.2}O_{3-{\alpha}}$ (BCY20) was used as a model proton and oxygen ion conducting membrane in this work. Four different catalytically modified membrane configurations were used for the investigations and water flux was measured as a function of temperature. In addition, CO was introduced to the permeate side in order to test the stability of membrane against water and $CO/CO_2$ and post operation analysis of used membranes were carried out. The results revealed that water incorporation occurs on any exposed electrolyte surface. However, the magnitude of water permeation changes depending on which membrane surface is catalytically modified. The platinum increases the water flux on the feed side whilst it decreases the flux on the permeate side. Water flux measurements suggest that platinum can block water permeation on the permeate side by reducing the access to the lattice oxygen in the surface layer.
$La_{0.7}Sr_{0.3}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}$ oxide was synthesized by a citrate method and a typical dense membrane of perovskite oxide has been prepared using as-prepared powder by pressing and sintering at $1300^{\circ}C$. Precursor of $La_{0.7}Sr_{0.3}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}$ prepared by citrate method was investigated by TGA and XRD. Metal-citrate complex in precursor was decomposed into perovskite oxide in the temperature range of $260{\sim}410^{\circ}C$ but XRD results showed $SrCO_3$ existed as impurity at less than $900^{\circ}C$. Electrical conductivity of membrane increased with increasing temperature but then decreased over $700^{\circ}C$ in air atmosphere ($Po_2=0.2atm$) and $600^{\circ}C$ in He atmosphere ($Po_2=0.01atm$) respectively due to oxygen loss from the crystal lattice. The oxygen permeation flux increased with increasing temperature and maximum oxygen permeation flux of $La_{0.7}Sr_{0.3}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}$ membrane with 1.6 mm thickness was about $0.31cm^3/cm^2{\cdot}min$ at $950^{\circ}C$. The activation energy for oxygen permeation was 88.4 kJ/mol in the temperature range of $750{\sim}950^{\circ}C$. Perovskite structure of membrane was not changed after permeation test of 40 h and the membrane was stable without secondary phase change with 0.3 mol Sr addition.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.1112-1113
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2006
The perovskite- type oxide $(ABO_3)$ containing transition metals on the B-site show mixed (electronic/ionic) conductivity. These mixed-conductivity oxides are promising materials for oxygen permeating membranes. The main objective of this research work is to synthesize and characterization ceramic powders of the Sr-Co-Fe-O system for methane conversion using membrane reactor. SCFO powders were synthesized from the route was based on the complex method of combination of acid EDTA and citrate and shown be available by control efficient of synthesis to performed $SrCo_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-\delta$, moreover, it presented easy implementation, reproducibility and operation. Powder ceramic was characterized by XRD, microscopic optic, SEM and TG-DTA.
A dense mixed ionic and electronic conducting ceramic membrane is one of the most promising materials because it can be used for separation of oxygen from the mixture gas. The $ABO_3$ perovskite structure shows high chemical stability at high temperatures under reduction and oxidation atmospheres. $BaCo_{1-x-y}Fe_xZr_yO_{3-{\delta}}$ (BCFZ) was well-known material as high mechanical strength, low thermal conductivity and stability in the high valence state. Glycine Nitrate Process (GNP) is rapid and effective method for powder synthesis using glycine as a fuel and show higher product crystallinity compared to solid state reaction and citrate-EDTA method. BCFZ was fabricated by modified glycine nitrate process. In order to control the burn-up reaction, $NH_4NO_3$ was used as extra nitrate. According to X-Ray Diffraction (XRD) results, BCFZ was single phase regardless of Zr dopants from y=0.1 to 0.3 on B sites. The green compacts were sintered at $1200^{\circ}C$ for 2 hours. Oxygen permeability, methane partial oxidation rate and hydrogen production ability of the membranes were characterized by using Micro Gas Chromatography (Micro GC) under various condition. The high oxygen permeation flux of BCFZ 1-451 was about $1ml{\cdot}cm^{-2}s^{-1}$. Using the humidified Argon gas, BCFZ 1-433 produced hydrogen about $1ml{\cdot}cm^{-2}s^{-1}$.
Oxygen permeability and the mechanical properties of mixed ionic-electronic conductive $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ perovskite-type membrane, fabricated by solid state reaction, were investigated with regard to microstructure. The microstructure of the membrane was controlled by changing the sintering temperature and holding time. The average grain size and relative density were evaluated as a function of sintering conditions. As the fraction of grain boundary decreased, oxygen permeability showed a tendency to increase. Especially the maximum oxygen flux of 0.37 ml/$cm^2$${\cdot}$min was measured for the specimen sintered at 1300${\circ}C$ for 10 h, which has high density and relatively large grain size. Fracture strength was dependent on the relative density of sintered body, while fracture toughness increased with average grain size.
$La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ membranes were fabricated by solid-state reaction. We investigated sintering behavior and oxygen permeation flux as a function of time-on-stream, temperature and upstream oxygen partial pressure. The oxygen was permeated at temperatures form 750$^{\circ}$C to 950$^{\circ}$C by mixed conducting through oxygen vacancy diffusion in the dense membrane. The oxygen permeation flux through the membrane were about 0.1ml/$cm^3{\cdot}$min at 850$^{\circ}$C. A constant time was required for reaching stable oxygen flux, and oxygen partial pressure affected the oxygen permeation fluxes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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