Studio ed ottimizzazione di processi per la produzione di membrane ceramiche per la separazione di idrogeno

This activity was focused on the study and the optimization of the production process of planar ceramic membrane with mixed ionic-electronic conduction properties for hydrogen purification applications. The production process of asymmetric bilayer constituted by a porous substrate (>= 40vol%) and a dense barium cerate zirconate doped with yttrium (BaCe0.65Zr0.2Y0.15O3-?, BCZY) layer was accurately study. This system is an efficient H+ conductor at values of temperatures similar to 600°C and sufficiently stable in CO2 and water vapor atmosphere thanks to the presence of Zr4+ ion in the crystal stucture. The objective of the activity was the study and the optimization of the production process of BCZY-based porous-dense ceramic membranes with mixed conduction properties. Membranes with this architecture was produced by tape casting and subsequent lamination of the different as-produced layers. The optimization of the entire process was focused on the obtaining of planar and crack-free multilayers with stable junction between each layer. This bilayer showed an active layer with thickness lower than 50 µm thick and as dense as possible and a porous substrate that guarantee a proper gas flux through the membrane.

L'attività è stata focalizzata sullo studio ed ottimizzazione del processo di produzione di membrane ceramiche planari a conduzione mista per la purificazione di idrogeno. In particolare lo studio è stato rivolto alla produzione di bistrati asimmetrici costituiti da uno strato poroso ( >= 40vol%) ed uno denso a base di bario cerato zirconato drogato con ittrio (BaCe0.65Zr0.2Y0.15O3-?, BCZY). Questo sistema è un conduttore di specie H+ particolarmente efficiente a valori di temperature prossime ai 600°C e relativamente stabile in presenza di CO2 e H2O grazie alla presenza dello ione zirconato nel reticolo cristallino. Scopo di questa attività è stato lo studio e l'ottimizzazione del processo di produzione di membrane asimmetriche poroso-denso a conduzione mista protonica-elettronica a base di BCZY. Le membrane con tale architettura sono state realizzate mediante colaggio su nastro e successiva laminazione dei diversi strati prodotti. L'ottimizzazione dell'intero processo di produzione è stata volta alla realizzazione di multilaminati integri e planari, con una perfetta adesione tra gli strati, nei quali, l'elemento attivo per la separazione dell'idrogeno, fosse il più denso possibile e di spessore inferiore ai 50 µm, mentre lo strato poroso assicurasse un adeguato flusso di gas nella membrana.