全陶瓷双相中空纤维膜的制备及在NH3分解制氢中的应用

摘要

钙钛矿型质子电子混合导体膜因其对氢质子的选择传导特性，在制氢和涉氢反应等方面有着潜在的应用价值。而其较弱的电子导电性成为膜氢渗透速率低的限制因素，因此为解决钙钛矿型混合导体电子导电性差的问题，本文开发了一种双相复合陶瓷膜。论文以 SrCe0.9Y0.1O3-δ（SCY）作为质子导电相，Ti4O7与 SCY高温固相反应形成的新物种(Ce)SrTiO3和(Y)CeO2作为电子导电相，采用相转化联合高温固相反应制备了质子-电子混合导电的全陶瓷双相中空纤维膜。运用XRD、SEM、GC等仪器对中空纤维膜的组成、结构、形貌及性能进行表征和测试。结果表明：SCY与Ti4O7在900℃开始发生固相反应生成电子导电相(Ce)SrTiO3和(Y)CeO2，并且(Ce)SrTiO3和(Y)CeO2的形成抑制了 SCY在烧结过程中晶粒的长大。导电性和氢渗透性测试表明 Ti4O7掺杂5 wt%的中空纤维膜性能最优。在900℃、含氢气氛下电导率达到0.038 S·cm-1；氮气作吹扫气时氢渗透速率为0.17 mL·min-1·cm-2。中空纤维膜氢渗透速率与膜两侧氢分压差呈幂函数关系。逆水煤气反应能有效促进中空纤维膜氢渗透速率，在900℃、吹扫气为9.5 vol%CO2条件下，氢渗透速率增大至0.57 mL·min-1·cm-2。
　　通过详细考察双相中空纤维膜材料以及双相中空纤维膜反应器对逆水煤气反应的催化性能发现：逆水煤气反应对膜的氢渗透性能的促进作用主要是因为膜材料对 CO2具有较强吸附能力，其中SCY对CO2的吸附做主要贡献；晶格氧空穴为CO2还原提供主要反应活性位；吸附的CO2与氢反应增加了氢的体相迁移速率和表面反应速率。
　　双相中空纤维膜材料氨分解反应催化性能测定结果表明：双相中空纤维膜材料具有良好的氨分解催化活性，在900℃氨气体积含量为20%的固定床反应器中氨气转化率为92.7%；以膜材料作催化剂制备的负载型中空纤维催化膜反应器，900℃ NH3气体积含量为20%，NH3转化率以及氢气的分离效率分别为51.9%和1.28%。

目录

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引言

第一章文献综述

1.1 氢气分离膜概述

1.2透氢膜的应用

1.3 NH3分解制氢研究进展

1.4论文研究思路及内容

第二章陶瓷双相复合中空纤维膜的制备与性能

2.1前言

2.2实验部分

2.3 表征与性能测试

2.4结果与讨论

2.5 小结

第三章中空纤维膜用于NH3分解制氢的研究

3.1前言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4 小结

第四章结论与展望

4.1结论

4.2存在的问题与展望

参考文献

在读期间公开发表的论文

致谢