Проницаемость водорода через поверхностно модифицированные Pd76Ag14Au10 мембраны

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Палладийсодержащие мембраны применяют для отделения и очистки водорода. Однако для достаточно тонких мембран, проникающий поток может быть ограничен кинетикой поверхностных процессов. В настоящем исследовании для преодоления ограничения перехода через поверхность разработанные мембраны сплава Pd76Ag14Au10 были модифицированы наноструктурированным поверхностным слоем. Модификация осуществлялась осаждением на поверхность мембраны пентаразветвленных биметаллических наночастиц Pd-Pt. Увеличение потока водорода наблюдалось в широком диапазоне температур (25°–400°С). Наивысшие значения плотности проникающего потока были продемонстрированы для мембран с пентаразветвленным модификатором – до 52.43 ммоль с–1 м–2 при 400°С. Сделано предположение, что сложная морфология наночастиц, а также наличие синергетического эффекта от сочетания Pd и Pt способствует снижению активационных барьеров и усилению каталитической активности. Разработанные мембраны показали высокую и стабильную селективность во времени, что открывает широкие возможности их применения в реакторах парового риформинга для получения высокочистого водорода.

Об авторах

П. Д. Пушанкина

Кубанский государственный университет

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

А. И. Симонов

Кубанский государственный университет

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

С. С. Джимак

Кубанский государственный университет; Южный научный центр Российской академии наук

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

И. С. Петриев

Кубанский государственный университет; Южный научный центр Российской академии наук

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

Список литературы

  1. Филиппов С.П., Ярославцев А.Б. // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 6. С. 627. (англоязычная версия: Filippov S.P., Yaroslavtsev A.B. // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. № 6. P. 627.) https://doi.org/10.1070/RCR5014
  2. Kovalskii A.M., Matveev A.T., Popov Z.I., Volkov I.N., Sukhanova E.V., Lytkina A.A., Yaroslavtsev A.B., Konopatsky A.S., Leybo D.V., Bondarev A.V., Shchetinin I.V., Firestein K.L., Shtansky D.V., Golberg D.V. // J. Chem. Eng. 2020. V. 395. P. 125109. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125109
  3. Mazloomi K., Gomes C. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2012. V. 16. № 5. P. 3024. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.02.028
  4. Raven P., Wackernagel M. // Plant Divers. 2020. V. 42. № 4. P. 211. https://doi.org/10.1016/j.pld.2020.06.002
  5. Qiao Y., Jiang W., Li Y. Dong X., Yang F. // Energy. 2024. V. 302. P. 131792. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.131792
  6. Rahimpour M.R., Bayat M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. № 11. P. 6616. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.02.095
  7. Pal N., Agarwal M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 53. P. 27062. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.05.175
  8. Миронова Е.Ю., Донцов А.И., Морозова Н.Б., Горбунов С.В., Иевлев В.М., Ярославцев А.Б. // Неорганические материалы. 2021. Т. 57. № 8. С. 819. (англоязычная версия: Mironova E.Y., Dontsov A.I., Morozova N.B., Gorbunov S.V., Ievlev V.M., Yaroslavtsev A. B. // Inorg. Mater. 2021. V. 57. № 8, P. 781.) https://doi.org/10.1134/S0020168521080057
  9. Stenina I., Yaroslavtsev A. // Processes. 2023. V. 11. № 1. P. 56. https://doi.org/10.3390/pr11010056
  10. Gao W., Zhou T., Gao Y., Wang Q. // Appl. Energy. 2019. V. 254. P. 113700. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113700
  11. Wang W., Olguin G., Hotza D., Seelro M.A., Fu W., Gao Y., Ji G. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2022. V. 160. P. 112124. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112124
  12. Guo K., Liu M., Wang B., Lou J., Hao Y., Pei G., Jin H. // Sci. Bull. 2024. V. 69. № 8. P. 1109. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.01.028
  13. Lytkina A.A., Orekhova N.V, Ermilova M.M., Petriev I.S., Baryshev M.G., Yaroslavtsev A.B. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 26. P. 13310. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.03.205
  14. Abbas A.H.M., Cheralathan K.K., Porpatham E., Arumugam S.K. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2024. V. 191. P. 114147. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.114147
  15. Диденко Л.П., Бабак В.Н., Семенцова Л.А., Дорофеева Т.В., Чижов П.Е., Горбунов С.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 2. С. 83. https://doi.org/10.1134/S2517751623020038
  16. Sun C., Zheng X., Bai B. // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 208. P. 115141. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.07.059
  17. Bernardo G., Araújo T., da Silva Lopes T., Sousa J., Mendes A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2020. V. 45. № 12. P. 7313. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.06.162
  18. Апель П.Ю., Велизаров С., Волков А.В., Елисеева Т.В., Никоненко В.В., Паршина А.В., Письменская Н.Д., Попов К.И., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 2. С. 81. https://doi.org/10.1134/S2517751622020032
  19. Юшкин А.А., Балынин А.В., Небесская А.П., Ефимов М.Н., Муратов Д.Г., Карпачева Г.П. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 6. С. 521. https://doi.org/10.1134/S2517751623060094
  20. Гаврилова Н.Н., Губин С.А., Мячина М.А., Сапунов В.Н., Скудин В.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 6. С. 505. https://doi.org/10.1134/S2517751623060045
  21. Bushkova O.V., Sanginov E.A., Chernyuk S.D., Kayumov R.R., Shmygleva L.V., Dobrovolsky Yu.A., Yaroslavtsev A.B. // Membr. Membr. Technol. 2022. V. 4. № 6. P. 433. https://doi.org/10.1134/S2517751622070010
  22. Карпенко Т.В., Ковалев Н.В., Кириллова К.Р., Ачох А.Р., Мельников С.С., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 2. С. 135. https://doi.org/10.1134/S2517751622020056
  23. Атласкин А.А., Крючков С.С., Степакова А.Н., Моисеенко И.С., Цивковский Н.С., Смородин К.А., Петухов А.Н., Атласкина М.Е., Воротынцев И.В.// Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 6. С. 464. https://doi.org/10.1134/S2517751623060033
  24. Бутыльский Д.Ю., Мареев С.А., Рыжков И.И., Уртенов М.Х., Апель П.Ю., Никоненко В.В.// Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 5. С. 423. https://doi.org/10.1134/S2517751623050025
  25. Фалина И.В., Кононенко Н.А., Шкирская С.А., Демина О.А., Вольфкович Ю.М., Сосенкин В.Е., Грицай М.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 5. С. 323. https://doi.org/10.1134/S2517751622050043
  26. Россоу А., Виноградов И.И., Серпионов Г.В., Горберг Б.Л., Молоканова Л.Г., Нечаев А.Н. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 4. С. 200. https://doi.org/10.1134/S2517751622030039
  27. Ахмедова Д.А. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 2. С. 96. https://doi.org/10.1134/S2517751623020026
  28. Ozen H.A., Ozturk B. // Emerg. Mater. Res. 2020. V. 9. № 1. P. 89. https://doi.org/10.1680/jemmr.18.00090
  29. Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. // Membr. Membr. Technol. 2024. V. 6. P. 15. https://doi.org/10.1134/S2517751624010050
  30. Ghalei B., Wakimoto K., Wu C.Y., Isfahani A.P., Yamamoto T., Sakurai K., Higuchi M., Chang B.K., Kitagawa S., Sivaniah E. // Angew. Chem. Int. Ed. 2019. V. 58. № 52. P. 19034. https://doi.org/10.1002/anie.201911359
  31. Inoue R., Kanezashi M., Nagasawa H.K. et al. // Separ. Purif. Technol. 2020. V. 242. P. 116742. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.116742
  32. Сафронова Е.Ю., Корчагин О.В., Богдановская В.А., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 6. С. 470. https://doi.org/10.1134/S2517751622060087
  33. Je C.H., Kim H.M. // Int. J. Electrochem. Sci. 2019. V. 14. № 7. P. 6948. https://doi.org/10.20964/2019.07.64
  34. Сафронова Е.Ю., Воропаева Д.Ю., Новикова С.А., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 1. С. 47. https://doi.org/10.1134/S2517751622010073
  35. Liguori S., Iulianelli A., Dalena F., Piemonte V., Huang Y., Basile A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 32. P. 18702. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.11.113
  36. Миронова Е.Ю., Лыткина А.А., Ермилова М.М., Орехова Н.В., Жиляева Н.А., Рошан Н.Р., Иевлев В.М., Ярославцев А.Б. // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 6. С. 773. (англоязычная версия: Mironova E.Y., Lytkina A.A., Ermilova M.M., Orekhova N.V., Zhilyaeva N.A., Roshan N.R., Ievlev V.M., Yaroslavtsev A.B. // Pet. Chem. 2020. V. 60. № 11. P. 1232.) https://doi.org/10.1134/S0965544120110158
  37. Jokar S.M., Farokhnia A., Tavakolian M., Pejman M., Parvasi P., Javanmardi J., Zare F., Gonçalves M.C., Basile A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 16. P. 6451. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.05.296
  38. Pushankina P., Andreev G., Petriev I. // Membranes. 2023. V. 13. № 7. P. 649. https://doi.org/10.3390/membranes13070649
  39. Habib M.A., Harale A., Paglieri S., Alrashed F.S., Al-Sayoud A., Rao M.V., Nemitallah M.A., Hossain S., Hussien M., Ali A., Haque M.A., Abuelyamen A., Shakeel M.R., Mokheimer E.M.A., Ben-Mansour R. // Energy Fuels. 2021. V. 35. № 7. P. 5558. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c04352
  40. Zhou Q., Luo S., Zhang M., Liao N. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 26. P. 13054. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.02.044
  41. Zhang Z., Xu P., Yang D., Yang P., Liao N. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 68. P. 607. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.292
  42. Peters T.A., Kaleta T., Stange M., Bredesen R. // J. Membr. Sci. 2011. V. 383. № 1–2. P. 124. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.08.050
  43. Melendez J., de Nooijer N., Coenen K., Fernandez E., Viviente J.L., van Sint Annaland M., Arias P.L., Pacheco Tanaka D.A., Gallucci F. // J. Membr. Sci. 2017. V. 542. P. 329. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.08.029
  44. Петриев И.С., Пушанкина П.Д., Андреев Г.А. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 5. С. 412. https://doi.org/10.1134/S2517751623050074
  45. Петриев И.С., Пушанкина П.Д., Луценко И.С., Барышев М.Г. // Письма в журнал технической физики. 2021. Т. 47. № 16. С. 39. (англоязычная версия: Petriev I.S., Pushankina P.D., Lutsenko I.S., Baryshev M.G. // Technical Physics Letters. 2021. V. 47. № 11. P. 803.) https://doi.org/10.1134/S1063785021080216
  46. Петриев И.С., Луценко И.С., Пушанкина П.Д., Фролов В.Ю., Глазкова Ю.С., Мальков Т.И., Гладких А.М., Откидач М.А., Сыпало Е.Б., Барышев П.М., Шостак Н.А., Копытов Г.Ф. // Известия ВУЗов. Физика. 2022. Т. 65. № 2(771). С. 106. (англоязычная версия: Petriev I.S., Lutsenko I.S., Pushankina P.D., Frolov V.Yu., Glazkova Yu.S., Malkov T.I., Gladkikh A.M., Otkidach M.A., Sypalo E.B., Baryshev P.M., Shostak N.A., Kopytov G.F. // Russ. Phys. J. 2022. V. 65. № 2. P. 312.) https://doi.org/10.1007/s11182–022–02637-x
  47. Basov A., Dzhimak S., Sokolov M., Malyshko V., Moiseev A., Butina E., Elkina A., Baryshev M. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 7. P. 1164. https://doi.org/10.3390/nano12071164
  48. Загорский Д.Л., Долуденко И.М., Хайретдинова Д.Р. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 2. С. 137. https://doi.org/10.1134/S2517751623020075
  49. Petriev I., Pushankina P., Glazkova Y., Andreev G., Baryshev M. // Coatings. 2023. V. 13. № 3. P. 621. https://doi.org/10.3390/coatings13030621
  50. Hai T., Zhou J., Li M., Zain J.M., Wang D., Zheng M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 67. P. 818. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.117
  51. Lachini S.A., Eslami A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 77. P. 1235. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.06.187
  52. Gajraj V., Devi P., Kumar R., Sundriyal N., Reddy M.V., Mariappan C.R. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 47. P. 17868. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.01.282
  53. Wang C., Ren X., Cao H., Zuo Y., Zhang P.H. // J. Energy Inst. 2024. V. 114. P. 101639. https://doi.org/10.1016/j.joei.2024.101639
  54. Petriev I., Pushankina P., Shostak N., Baryshev M. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 1. P. 228. https://doi.org/10.3390/ijms23010228
  55. Pushankina P., Baryshev M., Petriev I. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 23. P. 4178. https://doi.org/10.3390/nano12234178
  56. Petriev I.S. Pushankina P.D., Andreev G.A., Yaroslavtsev A.B. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 70. P. 404. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.05.201
  57. Petriev I., Pushankina P., Andreev G., Ivanin S., Dzhimak S. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. № 24. P. 17403. https://doi.org/10.3390/ijms242417403
  58. Liu J., Zhang J. // Chem. Rev. 2020. V. 120. № 4. P. 2123. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00443
  59. Peng X., Lu D., Qin Y., Li M., Guo Y., Guo S. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 27. P. 30336. https://doi.org/10.1021/acsami.0c05868
  60. Li J., Wang C., Zhang Y., Hata S., Zhang K., Ye C., Shiraishi Y., Du Y. // J. Energy Chem. 2023. V. 85. P. 430. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.06.031
  61. Feng J., Wu J., Yan D., Zhang Y. // Chin. J. Chem. Eng. 2024. V. 70. P. 222. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2024.03.014
  62. Ward T.L., Dao T. // J. Membr. Sci. 1999. V. 153. № 2. P. 211. https://doi.org/10.1016/S0376–7388(98)00256–7
  63. Basile A., Iulianelli A., Tong J. Membrane Reactors for Energy Applications and Basic Chemical Production. Sawston, UK: Woodhead Publishing, 2015. 696 p.
  64. Serra E., Perujo A. // J. Nucl. Mater. 1995. V. 223. № 2. P. 157. https://doi.org/10.1016/0022–3115(94)00438–2
  65. Ю.К. Байчток, Ю.А. Соколинский, М.Б. Айзенбуд // Журнал физической химии. 1976. № 6. С. 1543.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024