近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室無機膜與催化新材料組（504組）楊維慎研究員、朱雪峰研究員研究團隊提出了混合導體透氧膜反應(yīng)器中高效氫分離的新方法，相關(guān)研究成果發(fā)表在Energy Environ. Sci.（DOI:10.1039/C6EE02967A）上。
大連化物所混合導體透氧膜高效氫氣分離研究取得新進展
氫氣的分離與純化技術(shù)對氫氣在各個領(lǐng)域的成功應(yīng)用至關(guān)重要。在膜分離技術(shù)中，無機致密透氫膜因其對氫氣100%的選擇透過性而被認為是最有應(yīng)用前景的獲得高純氫的方法之一；但現(xiàn)有的無機致密透氫膜存在原材料稀缺昂貴（Pd膜）、滲透性低（質(zhì)子導體膜）、在含H2S的氣氛中滲透穩(wěn)定性差等問題。該研究團隊首次提出陶瓷基混合導體透氧膜反應(yīng)器中進行氫分離的新概念，其氫分離原理是：膜的一側(cè)（side I）通入低純度氫氣，另一側(cè)（side II）通入水蒸汽，高溫下水與電子結(jié)合并分解成氫氣和氧離子，氧離子在膜兩側(cè)氧化學勢梯度的驅(qū)動下透過膜與低純度氫氣反應(yīng)生成水。膜II側(cè)流出氣體經(jīng)冷凝干燥后即可得到高純或超純氫氣。整體來看，在透氧膜反應(yīng)器的一側(cè)通入低純度氫氣，而在另一側(cè)獲得高純度氫氣，且無凈化學反應(yīng)發(fā)生，從而實現(xiàn)了透氧膜分離氫的過程。實驗結(jié)果表明，氫分離速率高達16.3mL cm-2 min-1，分離系數(shù)達到10000以上；氫分離速率可與鈀基金屬膜相媲美，相比于質(zhì)子導體膜提升了2-3個數(shù)量級；且可在含200ppm H2S的氣氛下長期穩(wěn)定運行。因此，透氧膜可為燃料電池、半導體制造、光伏電池生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)高效地提供高純氫或超高純氫。
該工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院先導項目等的資助。
