混合导体透氧膜反应器

综述了混合导体透氧膜反应器中的催化反应.介绍了混合导体透氧膜的氧渗透原理、膜材料的结构、组成以及无机膜反应器的种类和优势.详细讨论了混合导体透氧膜反应器中的甲烷部分氧化反应以及用于该反应的膜材料的发展历程,总结了甲烷氧化偶联和乙烷氧化脱氢等膜反应器中的催化反应,以及混合导体透氧膜用于水分解和二氧化碳分解等受热力学平衡限制的反应.

混合导体透氧膜反应器中焦炉煤气重整制合成气的实验研究

研究了以焦炉煤气为原料在BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFNO)透氧膜反应器中制合成气。实验结果表明,BCFNO膜反应器的自催化性能差。加入催化剂后,膜反应器的重整性能得到明显提高,在875℃,焦炉煤气中甲烷转化率为87.0%,产物中氢气和一氧化碳选择性分别为78.3%、105.6%,透氧量达到15.8ml/(cm2.min)。焦炉煤气中的甲烷在膜反应器中反应路径为首先焦炉煤气中的氢气与膜片透过去的氧反应生成水,然后甲烷再与水重整生成氢气和一氧化碳。实验过程中,透氧膜没有出现破裂,BCFNO透氧膜反应器在富氢的焦炉煤气下显示出很好的稳定性。

用于焦炉煤气重整合成气的管式透氧膜反应器的研制及其运行性能

采用热注浆法成功地制备了致密的混合导体BaCo_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)(BCFNO)透氧膜管,应用在焦炉煤气中甲烷部分氧化制合成气反应中,可以利用透氧膜以空气为氧源和焦炉煤气中的甲烷反应制合成气,实现膜分离制氧和甲烷部分氧化反应的一体化。试验结果表明,当反应温度在875℃时,膜的透氧量为8.7 mL/(cm^2·min),焦炉煤气中甲烷的转化率可以达到94%以上,H_2的选择性在90%左右。试验结果还表明,透氧膜管的性能可靠稳定,经过长时间的运行膜管没有出现破裂,在富氢焦炉煤气气氛下表现出很好的稳定性。

焦炉煤气在透氧膜反应器中的重整机理

通过实验设计和透氧量测定研究焦炉煤气(coke-oven-gas,COG)或天然气中的甲烷在透氧膜反应器中的部分氧化重整途径,提出反应器内的"重整-透氧"机理模型.在由混合导体和催化床构成的透氧膜反应器中,催化床主要实现甲烷裂解和催化重整的功能,在膜表面处的催化金属微粒完成了还原性气体的"吸附—溢流—氧化"过程,进而强化混合导体内部的氧离子传导.

混合导体透氧膜材料的开发及应用

介绍开发的混合导体透氧膜材料ZrO2 掺杂的SrFe0 .6 Co0 .4 O3-δ类钙钛矿型氧化物及Sr(Co ,Fe ,Zr)O3-δ系列钙钛矿型氧化物的晶体结构、氧渗透性能、稳定性 ,以及应用于甲烷部分氧化制合成气膜反应器的性能 。

混合导体透氧膜材料的设计与应用

混合导体透氧膜材料在高温下具有氧离子-电子混合导电性能,在纯氧制备、膜反应器以及固体燃料电池等方面展现出广阔的应用前景。本文对近年来混合导体透氧膜材料的开发和在甲烷部分氧化等方面的应用进行了详细综述,重点介绍了本课题组在此领域的工作。

混合导体透氧膜用于甲烷部分氧化制合成气研究进展

介绍了混合导体透氧膜用于甲烷部分氧化制合成气研究状况。对钙钛矿型透氧膜材料的结构对透氧量和稳定性的影响、透氧膜在还原性气氛下的稳定性、膜的表面修饰以及混合导体透氧膜在甲烷部分氧化制合成气的应用前景进行了评述。

钙钛矿型混合导体透氧膜的研究

详细地介绍了近年来国内外有关钙钛矿型混合导体透氧膜的透氧机理、研究进展以及其应用范围 ,对其制备方法及表征进行了阐述 。

溶胶—凝胶法制备La_(1-x)Sr_xCo_yFe_(1-y)O_(3-δ)混合导体透氧膜粉料的研究

运用现代测试分析手段XRD、TEM和DTA等 ,对溶胶—凝胶法制备La1-xSrxCoyFe1-yO3 -δ混合型导体透氧膜粉料的工艺和性能进行了较详细的研究。实验结果表明 :溶胶的pH =6 - 8,脱水温度在 80℃左右 ,干凝胶在95 0 - 10 0 0℃下保温 2小时焙烧 ,可获得透氧性能较高的La1-xSrxCoyFe1-yO3 -δ粉料。

混合导体透氧膜的制备及其应用

介绍了混合导体透氧膜在天然气增值转化中的重大应用。

几种混合导体陶瓷膜反应器的比较研究

用湿化学方法合成了SrCo0.5FeO3.25（SC5FO）,La0.15Sr0.85Ga0.3Fe0.7O3-δ（LSGFO）和Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCFO）三种透氧膜材料.采用H2-TPR、XRD和透氧测定,并结合膜反应等方法对它们的性质进行了比较研究.LSGFO与BSCFO具有较高的相结构稳定性,而SC5FO较差.LSGFO具有很高的抗还原能力,而BSCFO较差,但它具有优异的相结构可逆性.在air/He氧浓差梯度下,LSGFO和SC5FO导体膜的透氧量较低;BSCFO具有很高的氧渗透能力,850℃下,透氧量高达1.16[STP]mL/cm2.min.SC5FO膜反应器在POM反应开始不久,因为反应端膜表面的材料组成被反应气还原而出现严重的漏气现象,并最终导致实验失败.BSCFO与LSGFO膜反应器成功地应用到POM反应中,进行了长时间的稳定操作,稳态下透氧量分别高达11.5[STP]mL/cm2·min（875℃）与4.0[STP]mL/cm2·min（950℃）.

LnBaCo_2O_(5+δ)(Ln=Gd,Nd,Sm,Pr)-Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)双相混合导体透氧膜的制备及性能测试

用固相反应法制备了LnBaCo_2O_(5+δ)(Ln=Gd,Nd,Sm,Pr)-Ba_(0.5)S_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(质量比为1:1)4种双相混合导体膜。通过XRD分析可知,除了PrBaCo_2O_(5-δ)和Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(BSCF)复合时发生明显反应外,其它3种复合膜在复合过程中均显示了良好的化学兼容性。4种双相膜在850℃时透氧率最高的是NdBa-Co_2O_(5+δ)-Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)膜(约为0.28mL/(cm^2·min))。

氧离子-电子混合导体透氧膜的发展及应用

氧离子-电子混合导体分为单相和双相混合导体两类。本文详细综述了单、双相混合导体透氧膜的研究进展及其在甲烷部分氧化制合成气、固体氧化燃料电池和CO2高温分解膜反应器中的应用,并阐述了其氧传输机理,对此类材料的发展前景和方向进行了展望。

溶胶-凝胶法合成SrFe0.7Cu0.3O3-δ混合导体透氧膜材料的研究

利用溶胶-凝胶法制备了SrFe0.7Cu0.3O3-δ混合导体透氧膜材料粉体,采用TG-DSC、XRD进行分析表征,考察了不同制备条件下溶胶-凝胶的性质、所制备的粉体的物相组成。结果表明:溶胶在pH=4左右、脱水温度80℃、柠檬酸与总金属离子物质的量配比C/Mn+=2、干凝胶在900℃下焙烧保温5h,可制得结晶度高、具有单一稳定钙钛矿结构的粉体。

Bi_(0.7)Er_(0.3)O_3-La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3双相混合导体陶瓷透氧膜的性能研究

采用固相反应法合成的Bi_(0.7)Er_(0.3)O_3(ESB)作为氧离子导体,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3(LSM)作为电子导电相,利用干压烧结法得到透氧膜;利用X射线衍射对ESB粉体的相组成及其与LSM的相容性进行分析,采用扫描电子显微镜对透氧膜的微观结构进行观察,最后利用电化学方法对其透氧性能进行测试。结果表明:采用固相反应法可制备出单一相的ESB粉体,而氧浓度、温度、氧离子和电子导电相的比例等均对ESB–LSM双相混合导体陶瓷膜的氧气扩散通量有影响。质量比为8:2的ESB–LSM透氧膜在650℃、700℃、750和800℃下空气吹扫时的透氧速率分别为1.95×10^(-7 )mol_·cm^(-2)_·s^(-1)、2.33×10^(-7 )mol_·cm^(-2)_·s^(-1)、2.90×10^(-7 )mol_·cm^(-2)_·s^(-1)和3.37×10^(-7) mol_·cm^(-2)_·s^(-1)。

担载型中空纤维混合导体氧渗透膜的制备与性能研究

采用干湿法纺丝技术制备Sr0.7Ba0.3Fe0.9Mo0.1O3-δ(SBFM)中空纤维支撑体,以Nb2O5掺杂的Sr Co0.8Fe0.2O3-δ(SCFNb)为膜材料,采用旋转喷涂结合共烧结技术制备出担载型SCFNb/SBFM中空纤维氧渗透膜。借助于XRD、SEM、热膨胀分析、透氧及膜反应性能测试等手段,分别对样品的晶相结构、膜微观结构、支撑体与膜层的烧结行为、膜的氧渗透通量及膜反应性能进行了研究。结果表明,膜层与支撑体的晶相结构仍保持钙钛矿主体相。支撑体具有单一海绵孔/指状孔结构,膜厚为5?m且致密无缺陷,膜层与支撑体结合良好。在900℃时,氧渗透通量达到0.74 m L/(cm2·min)。850℃下甲烷部分氧化膜反应稳定操作超过200 h,稳态下氧渗透通量为4.5 m L/(cm2·min)。研究表明,担载型SCFNb/SBFM中空纤维氧渗透膜具有较高的氧渗透通量,同时具有良好的膜反应稳定性。

甲烷部分氧化LSF中空纤维透氧陶瓷膜反应器性能研究

以自合成的La0.7Sr0.3FeO3-δ(LSF)钙钛矿陶瓷粉体为原料,采用相转化烧结技术制备了致密的LSF中空纤维陶瓷膜。在纤维膜与外套管间填充镍基催化剂组装成甲烷部分氧化制备合成气膜反应器。考察了陶瓷膜反应器用于甲烷部分氧化制备合成气的性能。

碳达峰、碳中和目标下抗CO_(2)双相混合导体透氧膜研究进展

双相混合导体透氧膜在高温条件下是一种兼具氧离子和电子导电性的无机陶瓷材料,可以从含氧气源中高效分离氧气,在富氧燃烧、纯氧制备、固体燃料电池等高温需氧行业备受关注。其中,将双相混合导体透氧膜与富氧燃烧耦合有助于捕捉CO_(2),减少CO_(2)排放,是实现国家“碳达峰、碳中和”目标的有效方式之一。在实际应用环境中,CO_(2)可能导致双相混合导体透氧膜结构破坏和透氧性能下降,所以要求其具备优良的抗CO_(2)性能。介绍了双相混合导体透氧膜工作原理和抗CO_(2)性能的影响因素,以及近年来单相、双相抗CO_(2)混合导体透氧膜材料的研究进展。同时,阐述了双相混合导体透氧膜材料在水分解产氢耦合和甲烷部分氧化等领域的应用进展,证明该材料可以有效提高能源利用效率,并利于CO_(2)减排和再利用。最后,总结并展望了抗CO_(2)双相混合导体透氧膜材料研究现状及发展趋势。

大连化学物理研究所对低温稳定混合导体透氧膜研究取得新进展

近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室无机膜与催化新材料研究组（504组）研究员杨维慎和朱雪峰带领的研究团队在低温稳定混合导体透氧膜研究中取得新进展，研究成果在线发表在NanoLetters（DOI：10．1021／acs．nanoletL5b03668）杂志上．

混合导体陶瓷透氧膜研究进展

致密氧离子导体陶瓷透氧膜,在特定温度条件下对氧具有渗透选择性,可以从空气或其他含氧气氛中连续分离超高纯度氧气（理论上纯度为100%,实际测量纯度不低于99.99%）。将氧气分离与需氧工业（如低碳烃类的选择氧化和制氢反应）耦合在膜反应器内,可大幅简化运行单元,降低天然气制油（GTL）投资成本,具有显著开发优势。