Author/Authors :
Nekokar, N Department of Metallurgy and Materials Engineering - Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran , Pourabdoli, M Department of Metallurgy and Materials Engineering - Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran
Abstract :
Isothermal redox kinetics of as-received Co3O4 (AC), 1 h ball milled Co3O4 (BC), and 1 h ball milled Co3O4-15wt.% Fe2O3 (BCF) was investigated at various temperatures (1130, 1100, 1070, and 1040 °C for reduction and 830, 860, and 890°C for re-oxidation) by thermogravimetric method. It was found that mechanical activation with and without Fe2O3 addition decreases the rate of reduction in all isothermal reduction temperatures, while it improves the rate of re-oxidation in lower re-oxidation temperatures. Mechanical activation with and without Fe2O3 addition preserves and decreases the rate of re-oxidation at higher re-oxidation temperatures, respectively. In addition, according to the results, the re-oxidation kinetics was slower than reduction kinetics. A model-free method was used to calculate the redox activation energies. It was found that mechanical activation individually increases the reduction activation energy, while mechanical activation along with Fe2O3 addition decreases the reduction activation energy in comparison with as-received Co3O4. The results showed that reduction activation energies of AC, BC, and BCF samples varies depending on the reacted fraction (α) and are in the range of 140.6 – 166.6 kJ/mol, 175.5 – 213.7 kJ/mol and 111.5 – 121.3 kJ/mol, respectively. The results also showed that although both mechanical activations with and without Fe2O3 addition decreases the re-oxidation activation energy in comparison with as-received cobalt oxide, but the impact of mechanical activation without Fe2O3 addition on activation energy decline, is higher. Moreover, it was found that activation energies for the re-oxidation of AC, BC, and BCF samples are negative, variations depending on the reacted fraction (α), and are in the range of -76.8 to -133.5 kJ/mol, -440.2 to -471.9 kJ/mol, and -190.8 to -196.05 kJ/mol, respectively.
Farsi abstract :
در اين تحقيق سينتيك احيا و اكسيداسيون اكسيد كبالت اوليه (AC)، اكسيد كبالت يك ساعت آسيا كاري شده (BC) و اكسيد كبالت حاوي 15 درصد وزني اكسيد آهن (BCF) در حالت ايزوترمال در دماهاي مختلف ( 1130، 1100، 1070 و 1060 درجه سانتي گراد براي احيا و 830، 890 و 890 درجه سانتي گراد براي اكسيداسيون مجدد) بوسيله گرماوزن سنجي مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد كه فعال سازي مكانيكي با و بدون افزودن اكسيد آهن سرعت احيا را در كليه دماهاي مورد آزمايش، كاهش مي دهد، اين در حالي است كه فعال سازي مكانيكي موجب بهبود سرعت اكسيداسيون مجدد در دماهاي پايين مي شود. فعال سازي مكانيكي با و بدون افزودن اكسيد آهن به ترتيب موجب حفظ و كاهش سرعت اكسيداسيون مجدد در دماهاي بالاتر اكسيداسيون مي شود. علاوه بر اين، مطابق نتايج حاصل سرعت اكسيداسيون مجدد از سرعت احيا كمتر است. براي محاسبه انرژي اكتيواسيون احيا و اكسيداسيون از روش "بدون مدل " استفاده شد. مطالعات نشان داد كه تنها استفاده از فعالسازي مكانيكي انرژي اكتيواسيون احيا را افزايش مي دهد، در حالي كه فعالسازي مكانيكي همراه با افزودن اكسيد آهن انرژي اكتيو اسيون احيا را در مقايسه با اكسيد كبالت اوليه كاهش مي دهد. انرژيهاي اكتيواسيون احيا نمونه هاي AC, BC و BCF بسته به كسر واكنش (a) به ترتيب در محدوده 140/6-166/6 kJ/mol, 175/5-213/7KJ/mol, 111/3-121/3 KJ/mol
محاسبه شد. علاوه بر اين نتايج نشان داد اگر چه فعالسازي مكانيكي با و بدون اكسيد آهن انرژي اكتيواسيون اكسيداسيون مجدد را در مقايسه با اكسيد كبالت اوليه كاهش مي دهد ولي اثر فعالسازي مكانيكي در كاهش انرژي اكتيواسيون، بدون وجود اكسيد آهن، بيشتر است. هم چنين مشخص شد كه انرژي هاي اكتيواسيون اكسيداسيون مجدد نمونه BC AC و BCF منفي هستند و بسته به مقدار كسر واكنش به ترتيب در محدوده 76/8-
تا133/5-, 440/2- تا 471/9- و 190/8- تا 196/05-
كيلوژول به ازاي مول هستند.
Keywords :
Thermal Energy Storage , Activation Energy , Cobalt Oxide , Redox , Kinetics