非对称钙钛矿混合质子电子导体中空纤维透氢膜的制备及透氢性能研究

随着我国天然气探明储量的不断增加和西部大开发战略的实施，研究开发经由天然气高效制氢、分离氢的新工艺、新技术对于改善中国能源结构、提高西部天然气利用的效率、促进西部经济的发展、改善我国日益恶化的自然环境具有十分重要的意义。本项目针对发展高效氢分离技术的迫切需求，探索新型混合质子电子导体透氢膜制备及氢分离理论基础，属于化学工程和材料科学相互交叉的研究领域。本项目拟设计出高性能钙钛矿混合质子电子导体透氢膜材料；制备出非对称钙钛矿混合质子电子导体中空纤维透氢膜，探索纺织过程中的成膜机理；研究致密非对称钙钛矿混合质子电子导体中空纤维透氢膜透氢性能，深入探索氢气在非对称钙钛矿混合质子电子导体中空纤维透氢膜中的渗透机理。本项目的研究成果将对钙钛矿混合质子电子导体透氢膜的发展具有重要的学术意义并为其工业化应用奠定理论基础。

随着我国天然气探明储量的不断增加和西部大开发战略的实施，研究开发经由天然气高效制氢、分离氢的新工艺、新技术对于改善中国能源结构、提高西部天然气利用的效率、促进西部经济的发展、改善我国日益恶化的自然环境具有十分重要的意义。本项目针对发展高效氢分离技术的迫切需求，探索新型混合质子电子导体透氢膜制备及氢分离理论基础，属于化学工程和材料科学相互交叉的研究领域。本项目通过EDTA-柠檬酸联合络合法成功制得BaCe0.95Nd0.05O3-d混合质子-电子导体钙钛矿膜材料，并结合TG - DSC、XRD、SEM、EFTEM、EELS和HRTEM等表征测试手段。研究结果表明BaCe0.95Nd0.05O3-d粉体和膜片经高温焙烧后均呈纯相的钙钛矿结构，且首次发现BaCe0.95Nd0.05O3-d粉体钙钛矿由碳酸盐和Ce1-xNdxO2-γ通过固相反应而形成，在此基础上本项目通过利用相转化纺丝技术及吊烧技术成功地制备出致密的中空纤维膜；为了提高膜材料的稳定性及透氢性能，本项目还成功研制出高透氢量La5.5W0.6Mo0.4O11.25-δ (LWM04)中空纤维透氢膜，研究发现LWM04的透氢量高达1.36ml/min.cm2, 同时该透氢膜材料在CO2气氛中显示了良好的操作稳定性，进一步对其透氢机理研究发现，水的加入可以有效促进氢气的质子化从而提高其透氢性能。本项目的研究成果将对钙钛矿混合质子电子导体透氢膜的发展具有重要的学术意义并为其工业化应用奠定理论基础。