dc.contributor.author | Pitoli, Andrew Correia Lacerda | |
dc.date.accessioned | 2021-01-07T16:30:45Z | |
dc.date.available | 2021-01-07T16:30:45Z | |
dc.date.issued | 2019-02-25 | |
dc.identifier.citation | PITOLI, Andrew Correia Lacerda. Produção de Na-β″-alumina e o seu transporte iônico do Na+. 2019. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13628. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13628 | |
dc.description.abstract | In the present doctorate thesis, in order to study the Na+ ion transport in Na-βʺ-alumina(cr), we started by studying the production stages of Na-βʺ-alumina(cr) sodium ion conductive membranes. In order to do so, we studied the stages of (i) synthesis of Na-βʺ-alumina(cr) powder from physical mixtures of powder Na2CO3(cr) and Al2O3(cr, α) precursors, (ii) forming of green-bodies (i. e., geometrically compacted particle arrays) and, at last, (iii) sintering of circular flat plates membranes. In the synthesis stage, we identified the phase Na2O∙Al2O3(cr) as an stable intermediate, and obtained Na-βʺ-alumina(cr) at temperatures as low as 1000 °C in a traditional tubular horizontal Joule Effect heated furnace built by us. In the forming stage, we were able to reproducibly obtain green-bodies in a cylindrically hollow metal die (projected exclusively for this purpose) without usage of binding nor lubricant agents. In the sintering stage, we were able to produce sintered membranes with noticeably higher mechanical resistance and (in some of them) lower apparent volume of the heat treated green-bodies. During sintering, we registered mass losses for every produced membrane, probably due to undesired incongruent sublimation of Na2O from Na-βʺ-alumina(cr). The extent of mass losses would be higher for higher temperatures and higher isothermal periods employed in the sintering stage. These losses could be attenuated by the usage of support-powder, with the same composition as the green-bodies, burying the green-bodies. The depth of mass losses would’ve been enough to shift the system’s global composition to lesser Na2O contents in the Na-βʺ-alumina(cr) variable composition region. We were able to determine the temperature region in which the sintering kinetic control would shift from mechanisms that would cause sintering without apparent volume shrinkage to mechanisms that would cause sintering with shrinkage, at about 1550 °C (Na-βʺ-alumina(cr) upper thermal stability limit). For the sintering stage, we also developed and adapted a household microwave oven into a furnace able to conduct controlled time-variable temperature heating schedules up to 1520 °C. Interpretations about the possible kinetic processes studied are presented, alongside their respective probable chemical equations. At last, we were able to conduct preliminary electrochemical measurements (galvanostatic, open circuit potential measurements, and electrochemical impedance spectroscopy) on a two-compartment cell in which our membranes (acting as separators) were immersed in Na+ ion conductive molten salts. These results indicated that Na+ ion transport through the membranes was achieved, yet we weren’t able to control the system in study. | eng |
dc.description.sponsorship | Outra | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Sinterização | por |
dc.subject | Reações de estado sólido | por |
dc.subject | Beta-duas-primas-alumina de sódio | por |
dc.title | Produção de Na-β″-alumina e o seu transporte iônico do Na+ | por |
dc.title.alternative | Na-β″-alumina production and its Na+ ionic transport | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | D'Alkaine, Carlos Ventura | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8699821828310072 | por |
dc.description.resumo | Na presente tese de doutorado, a fim de estudar o transporte iônico do Na+ na
Na-βʺ-alumina(cr), nós começamos por estudar os estágios de produção de membranas de
Na-βʺ-alumina(cr) condutoras de íons Na+. Para isto, nós estudamos os estágios de
(i) síntese da Na-βʺ-alumina(cr) particulada a partir de misturas físicas de Na2CO3(cr) and
Al2O3(cr, α) em pó, como precursores, (ii) conformação de corpos a verde (i. e., arranjo de
partículas geometricamente compactados) e, por fim, (iii) sinterização de membranas com
geometria de placas planas circulares. No estágio de síntese, identificamos a fase
Na2O∙Al2O3(cr) como um intermediário estável, e obtivemos Na-βʺ-alumina(cr) a
temperaturas tão baixas quanto 1000 °C em forno tradicional tubular horizontal aquecido
por Efeito Joule, construído por nós. No estágio de conformação, obtivemos corpos a
verde, de forma reprodutível, em um molde metálico cilíndrico oco (projetado
exclusivamente para este fim) sem uso de agentes ligantes nem lubrificantes. No estágio
de sinterização, produzimos membranas e (em algumas) menor volume aparente nos
corpos a verde tratados termicamente.. Durante a sinterização, registramos perdas de
massa para todas as membranas produzidas, provavelmente devido à indesejável
sublimação incongruente de Na2O da Na-βʺ-alumina(cr). As extensões das perdas de
massa seriam maiores quanto maiores as temperaturas e maiores os períodos isotérmicos
empregados no estágio de sinterização. Estas perdas de massa podiam ser atenuadas por
uso de particulado-de-suporte, de mesma composição dos corpos a verde) envolvendo
totalmente os corpos a verde. As profundidades das perdas de massa teriam sido o
suficiente para deslocar a composição global do sistema para menores conteúdos de Na2O
na região de composição variável da Na-βʺ-alumina(cr). Fomos capazes de determinar a
região de temperaturas a qual o controle cinético da sinterização mudaria de mecanismos
que causariam sinterização com redução em volume, a aproximadamente 1550 °C (limite
superior da estabilidade térmica da Na-βʺ-alumina(cr)). Para o estágio de sinterização,
também desenvolvemos e adaptamos um forno micro-ondas doméstico em um forno
capaz de conduzir programas de aquecimento com controle de temperatura variável no
tempo para até 1520 °C. Interpretações sobre os possíveis processos cinéticos estudados
estão apresentados, junto às suas prováveis respectivas equações químicas. Por fim,
conduzimos medidas eletroquímicas preliminares (galvanostáticas, de potencial de
circuito aberto, e de espectroscopia de impedância eletroquímica) em uma célula de dois
compartimentos na qual nossas membranas foram imersas em sais fundidos condutores de
íons Na+. Estes resultados indicaram que o transporte iônico do Na+ através das
membranas foi atingido, embora não fomos capazes de controlar o sistema em estudo. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | FPTI-BR TCB 901067-2013 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/0273512188178968 | por |