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

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室無機膜與催化新材料組研究員楊維慎、朱雪峰研究團隊提出了混合導體透氧膜反應器中高效氫分離的新方法，相關研究成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》（Energy Environ. Sci. DOI:10.1039/C6EE02967A）上。

　　氫氣的分離與純化技術對氫氣在各個領域的成功應用至關重要。在膜分離技術中，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、中科院先導項目等的資助。