甲烷部分氧化LSF中空纤维膜反应器性能研究

摘要

采用溶胶-凝胶法（sol-gel）合成了La0.7Sr0.3FeO3-δ（LSF）钙钛矿型陶瓷粉体。利用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）对合成的LSF粉体进行了物相纯度和粒度表征。结果表明：800℃下煅烧4h即能得到具有单一钙钛矿结构、粒度小于200nm的LSF陶瓷粉体。
　　采用相转化-烧结技术制备了致密的LSF中空纤维陶瓷膜。通过控制添加剂种类与用量、芯液组成及烧结工艺对LSF中空纤维膜的结构进行了优化。测定了不同结构的LSF中空纤维膜的微观结构、气密性、孔隙率、机械强度及透氧等性能。结果表明：在铸膜液中添加2.9wt％的P135作添加剂，采用30wt%EtOH-70wt%NMP混合液作芯液，1350℃下烧结4h得到的中空纤维膜具有内侧为指状孔，外侧为海绵层的高度非对称结构，其抗弯强度和孔隙率分别达到131.0Mpa、46.8%。添加剂、芯液及烧结温度等因素对中空纤维膜的孔结构具有很大影响，而纤维膜的孔结构直接影响其气密性、孔隙率及机械强度等性能。
　　采用等体积浸渍法制备了Ni/γ-Al2O3催化剂，在微管式固定床反应器中测定了其对甲烷催化部分氧化（POM）反应的催化性能。结果表明：自制的Ni基催化剂具有良好的催化活性及稳定性。900℃下，甲烷转化率达到98.9%，CO及H2选择性均超过94.0%。100h催化稳定性测试中未见催化性能下降。
　　采用填充和浸渍涂覆方法分别将致密的LSF中空纤维膜与高活性的Ni/γ-Al2O3催化剂组装成甲烷部分氧化制备合成气膜反应器（MR）。POM反应前后的LSF中空纤维膜经XRD与SEM测定均呈现钙钛矿结构物相；反应后的中空纤维膜与反应前的相比反应侧表面呈疏松多孔状态。在中空纤维膜内通入空气，膜外通入甲烷和氦气的混合气进行POM反应测试，并测定反应过程中LSF中空纤维膜的透氧性能。结果表明：在900℃下，甲烷转化率、CO和H2选择性分别达到99.9%、50%和59.3%，产物中的H2/CO比接近2。POM反应过程中测得LSF中空纤维膜的透氧量高达9.6mL·cm-2·min-1，100h稳定性测试中表现了良好的稳定性。

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引言

第一章 文献综述

1.1 混合导体透氧膜

1.2 陶瓷膜反应器中甲烷催化部分氧化反应

1.3 研究路线与内容

第二章 La0.7Sr0.3FeO3-δ中空纤维膜制备与表征

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 小结

第三章 La0.7Sr0.3FeO3-δ中空纤维膜中甲烷催化部分氧化制合成气

3.1实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 小结

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

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