中科院青島能源所開發(fā)出穩(wěn)定制氫離子傳導(dǎo)膜的新型制備技術(shù)
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。氫能是一種二次能源。氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗唬瑩?jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。氫的制取、儲存、運(yùn)輸、應(yīng)用技術(shù)是當(dāng)下關(guān)注的焦點(diǎn)之一。常用的制氫方法有：各種礦物燃料制氫、電解水制氫、生物質(zhì)制氫、其他合氫物質(zhì)制氫、各種化工過程副產(chǎn)氫氣的回收等。
與可再生能源電解水制氫技術(shù)相比，通過提純工業(yè)副產(chǎn)氫獲取燃料氫氣是現(xiàn)階段更廉價(jià)的制氫方式。金屬氧化物構(gòu)成的氧離子傳導(dǎo)膜具有對氧100%的選擇性，將高溫水分解反應(yīng)和工業(yè)副產(chǎn)氫燃燒反應(yīng)耦合在致密氧離子傳導(dǎo)膜的兩側(cè)，可實(shí)現(xiàn)低純氫氣燃燒反應(yīng)，進(jìn)而驅(qū)動膜另一側(cè)水分解，直接獲得不含一氧化碳的氫氣，用于氫燃料電池。然而，氧離子傳導(dǎo)膜通常暴露在含H2、CO2、H2S、H2O、CH4等氣氛中，因而常見含鈷或鐵的膜材料面臨抗還原腐蝕性能差的問題。因此，亟需開發(fā)適用于副產(chǎn)氫提純的氧離子傳導(dǎo)膜，為分布式氫能的發(fā)展提供技術(shù)支撐。
近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所膜分離與催化研究組研究員江河清提出界面反應(yīng)-自組裝技術(shù)在陶瓷氧化物膜表面構(gòu)筑一層超薄氧離子傳導(dǎo)致密膜，形成多層結(jié)構(gòu)陶瓷膜，用于穩(wěn)定高效地提純工業(yè)副產(chǎn)氫，制取不含CO的氫氣。與傳統(tǒng)制膜工藝對比，研究利用該技術(shù)原位構(gòu)筑的氧離子傳導(dǎo)膜非常薄(~1 μm)，致密并且牢固地粘附在支撐層上，從而既可顯著降低氧離子傳輸阻力，又能避免薄膜分層或剝離，保持多層結(jié)構(gòu)陶瓷膜的完整性。另外，該過程只需一步熱處理，有望降低多層結(jié)構(gòu)陶瓷膜的制備成本。該方法適用于十余種不同的陶瓷體系，具有較好的普適性，其中氧離子傳導(dǎo)薄膜包含Ce0.9Gd0.1O2-δ、Y0.08Zr0.92O2-δ、Ce0.9Pr0.1O2-δ、Ce0.9Sm0.1O2-δ等。科研人員將開發(fā)的具超薄氧離子傳導(dǎo)膜的多層結(jié)構(gòu)陶瓷膜作為膜反應(yīng)器進(jìn)行工業(yè)副產(chǎn)氫提純，在H2、CH4、CO2、H2S、H2O氣氛下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超過1000個小時，展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和制氫性能。
相關(guān)論文Multilayered Ceramic Membrane with Ion Conducting Thin Layer Induced by Interface Reaction for Stable Hydrogen Production于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上，并已申請一項(xiàng)中國發(fā)明專利和一項(xiàng)國際專利。
參考來源：中科院青島生物能源與過程研究所
參考來源：中科院青島生物能源與過程研究所
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