寫稿
投稿
與可再生能源電解水制氫技術相比，通過提純工業(yè)副產(chǎn)氫獲取燃料氫氣是現(xiàn)階段更現(xiàn)實和價廉的制氫方式，有利于降低氫燃料電池的運行成本。燃料氫氣中微量CO雜質的存在能夠快速毒化燃料電池催化劑，因此，開發(fā)出不含CO的氫氣（CO≦0.2 ppm）制備技術是氫能研究的重要方向。具有氧離子-電子混合導電性的致密陶瓷膜對氧氣的傳輸具有100%的選擇性，將高溫水分解反應和工業(yè)副產(chǎn)氫燃燒反應耦合在陶瓷透氧膜反應器的兩側，低純氫氣的燃燒可以促進陶瓷膜另一側水分解所生成氧氣的原位移除，從而可高效促進水分解，直接獲得不含CO的氫氣，可作為燃料直接用于氫燃料電池。
在氫氣制備過程中，前期報道的陶瓷透氧膜中的鈷和鐵離子易被深度還原，呈現(xiàn)出較差的化學穩(wěn)定性。近期，中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員江河清與德國漢諾威大學教授Caro合作，開發(fā)出一種新型鈦基雙相混合導體透氧膜。與化學不穩(wěn)定的鐵基雙相膜相比，鈦基雙相膜材料在含有水蒸氣和高濃度氫氣氣氛下處理100小時仍保持原有的相結構和微觀形貌，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗還原穩(wěn)定性。該雙相透氧膜在還原氣氛下具有較好的透氧性能，作為膜反應器，可用于氫氣純化制備過程。在低純氫氣燃燒反應的驅動下，在膜反應器的水分解反應一側可高效獲取不含CO的氫氣。實驗結果表明，該鈦基雙相膜可長時間穩(wěn)定運行，膜材料在實際化學反應條件下呈現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，其氫氣產(chǎn)率為0.25 m3 h-1 m-2。
該研究解決了在還原性氣氛下陶瓷膜材料穩(wěn)定性差的問題，促進了陶瓷膜制氫技術的發(fā)展。相關研究成果以Hydrogen purification through a highly stable dual-phase oxygen permeable membrane為題，發(fā)表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 5204-5208）。研究工作得到國家自然科學基金、中科院生物燃料重點實驗室創(chuàng)新基金和中科院大連化學物理研究所（大連化物所）-青島能源所融合基金的支持。
新型鈦基透氧膜反應器內制氫；鈦基雙相膜與鐵基雙相膜材料穩(wěn)定性對比
