近日，中科院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無機(jī)膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員與朱雪峰副研究員在低溫穩(wěn)定混合導(dǎo)體透氧膜方面的研究工作取得新進(jìn)展，研究成果以快訊的形式發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.201209077）雜志上。
混合導(dǎo)體透氧膜在氧氣分離技術(shù)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢：如分離選擇性高(100%)、能耗低（比低溫精餾技術(shù)低>30%）、過程簡單、設(shè)備投資小、不僅可用于小規(guī)模制氧，更適合大規(guī)模制氧?；旌蠈?dǎo)體透氧膜技術(shù)可與眾多重要化工過程集成獲得更高的氧氣分離效率，如：oxyfuel發(fā)電CO2捕獲、煤氣化、鋼鐵冶煉、垃圾焚燒、選擇催化氧化等。但是，高操作溫度（800-1000 ）帶來的高溫密封難題以及對耐高溫氧化鋼材的依賴已經(jīng)成為限制透氧膜技術(shù)發(fā)展的瓶頸。長期以來，將混合導(dǎo)體透氧膜的操作溫度降至低溫區(qū)間（350-650 ）一直是該領(lǐng)域科學(xué)家們追求的目標(biāo)。因?yàn)樵诘蜏叵逻\(yùn)行膜組件不僅可降低膜組件成本和克服高溫密封的難題，還有利于大幅降低氧氣分離能耗。但是眾多實(shí)驗(yàn)研究表明，混合導(dǎo)體透氧膜在低溫區(qū)間滲透通量會隨時間快速衰減，然而現(xiàn)有的機(jī)理并不能解釋所有膜的衰減現(xiàn)象。
無機(jī)膜與催化新材料研究組在深入分析膜滲透基本原理和提出新滲透模型的基礎(chǔ)之上（AIChE Journal 2012，58,1744-1754），通過實(shí)驗(yàn)研究與多種表征技術(shù)相結(jié)合的方法研究了3種具有代表性的膜材料。在國際上首次發(fā)現(xiàn)了膜材料中痕量硫雜質(zhì)(< 20 ppm)在氧化學(xué)勢梯度下會定向遷移至膜的滲透側(cè)富集，從而導(dǎo)致膜表面氧交換速率下降和滲透通量衰減的現(xiàn)象，并提出了硫雜質(zhì)遷移的輸運(yùn)機(jī)理。根據(jù)該衰減機(jī)理首次提出了簡單且廣泛適用的解決方法，即在膜表面涂覆多孔氧活化層來容納從膜體相擴(kuò)散出的硫雜質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了膜在低溫區(qū)間的長時間穩(wěn)定運(yùn)行。上述研究成果有望顯著推動透氧膜技術(shù)的發(fā)展以及其在眾多重要化工過程中的應(yīng)用。
該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金委和催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)項(xiàng)目的資助。
