與可再生能源電解水制氫技術(shù)相比，通過(guò)提純工業(yè)副產(chǎn)氫獲取燃料氫氣是現(xiàn)階段更廉價(jià)的制氫方式。由金屬氧化物構(gòu)成的氧離子傳導(dǎo)膜具有對(duì)氧100%的選擇性，將高溫水分解反應(yīng)和工業(yè)副產(chǎn)氫燃燒反應(yīng)耦合在致密氧離子傳導(dǎo)膜的兩側(cè)，可實(shí)現(xiàn)低純氫氣燃燒反應(yīng)驅(qū)動(dòng)膜另一側(cè)水分解，直接獲得不含CO的氫氣，用于氫燃料電池。但是氧離子傳導(dǎo)膜通常暴露在含H2、CO2、H2S、H2O、CH4等苛刻氣氛中，常見(jiàn)含鈷或鐵膜材料面臨抗還原腐蝕性能差的問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)適用于副產(chǎn)氫提純的氧離子傳導(dǎo)膜，為分布式氫能的發(fā)展提供技術(shù)支撐，是目前亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
在前期氧離子傳導(dǎo)膜材料開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 5204-5208; Chem. Mater. 2019, 31, 7487-7492; AIChE J. 2019, 65, e16740），近日，青島能源所江河清研究員帶領(lǐng)的膜分離與催化研究組提出了一種界面反應(yīng)—自組裝技術(shù)在陶瓷氧化物膜表面構(gòu)筑一層超薄氧離子傳導(dǎo)致密膜，形成多層結(jié)構(gòu)陶瓷膜，用于穩(wěn)定高效地提純工業(yè)副產(chǎn)氫，制取不含CO的氫氣。與傳統(tǒng)制膜工藝對(duì)比，利用該技術(shù)原位構(gòu)筑的氧離子傳導(dǎo)膜非常薄(~1 m)、致密并且牢固地粘附在支撐層上，從而既可以顯著降低氧離子傳輸阻力，又能夠避免薄膜分層或剝離，保持多層結(jié)構(gòu)陶瓷膜的完整性。另外，該過(guò)程只需一步熱處理，有望降低多層結(jié)構(gòu)陶瓷膜的制備成本。該方法還可以成功適用于十余種不同的陶瓷體系，具有較好的普適性，其中氧離子傳導(dǎo)薄膜包含Ce0.9Gd0.1O2- 、Y0.08Zr0.92O2- 、Ce0.9Pr0.1O2- 、Ce0.9Sm0.1O2- 等。將開(kāi)發(fā)的具有超薄氧離子傳導(dǎo)膜的多層結(jié)構(gòu)陶瓷膜作為膜反應(yīng)器進(jìn)行工業(yè)副產(chǎn)氫提純，在H2、CH4、CO2、H2S、H2O氣氛下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1000個(gè)小時(shí)，展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和制氫性能。
界面反應(yīng)—自組裝技術(shù)制備多層結(jié)構(gòu)氧離子傳導(dǎo)膜
