大連化物所混合導(dǎo)體透氧膜高效氫氣分離研究取得新進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)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)膜與催化新材料組研究員楊維慎、朱雪峰研究團(tuán)隊(duì)提出了混合導(dǎo)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《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy Environ. Sci. DOI:10.1039/C6EE02967A）上。

　　氫氣的分離與純化技術(shù)對(duì)氫氣在各個(gè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用至關(guān)重要。在膜分離技術(shù)中，無機(jī)致密透氫膜因其對(duì)氫氣100%的選擇透過性而被認(rèn)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(jī)致密透氫膜存在原材料稀缺昂貴（Pd膜）、滲透性低（質(zhì)子導(dǎo)體膜）、在含H2S的氣氛中滲透穩(wěn)定性差等問題。該研究團(tuán)隊(duì)首次提出陶瓷基混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器中進(jìn)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(xué)勢梯度的驅(qū)動(dòng)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(xué)反應(yīng)發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)了透氧膜分離氫的過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氫分離速率高達(dá)16.3mL·cm-2·min-1，分離系數(shù)達(dá)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(dǎo)體膜提升了2-3個(gè)數(shù)量級(jí)；且可在含200ppm H2S的氣氛下長期穩(wěn)定運(yùn)行。因此，透氧膜可為燃料電池、半導(dǎo)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(xué)基金委、中科院先導(dǎo)項(xiàng)目等的資助。