Air separation via two-step solar thermochemical cycles based on SrFeO3−δ and (Ba,La)0.15Sr0.85FeO3−δ perovskite reduction/oxidation reactions to produce N2: rate limiting mechanism(s) determination

文献情報

出版日 2021-08-27
DOI 10.1039/D1CP03303D
インパクトファクター 3.676
著者

Nhu Pailes Nguyen, Tyler P. Farr, H. Evan Bush, Andrea Ambrosini, Peter G. Loutzenhiser


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要旨

Two-step solar thermochemical cycles based on reversible reactions of SrFeO3−δ and (Ba,La)0.15Sr0.85FeO3−δ perovskites were considered for air separation. The cycle steps encompass (1) the thermal reduction of SrFeO3−δ or (Ba,La)0.15Sr0.85FeO3−δ perovskites driven by concentrated solar irradiation and (2) oxidation in air to remove O2 and produce N2. Rate limiting mechanisms were examined for both reactions using a combination of isothermal and non-isothermal thermogravimetry for temperature-swings between 673 and 1373 K, heating rates of 10, 20, and 50 K min−1, and O2 pressure-swings between 20% O2/Ar and 100% Ar at atmospheric pressure. Evolved O2 and associated lag due to transport behavior were measured with gas chromatography and used with measured sample temperatures to predict equilibrium compositions from a compound energy formalism thermodynamic model. Measured and predicted chemical equilibrium changes in deviation from stoichiometry were compared. Rapid chemical kinetics were observed as the samples equilibrated rapidly for all conditions, indicative that heat and mass transfer were the rate limiting mechanisms. The effects of bulk diffusion (or gas diffusion through the bed or pellet) were examined using pelletized and loose powdered samples and determined to have no discernable impact.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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