PDF《张鹏生物工程专业》

2、通过原子层沉积技术提高了 Ag-MC 双相 CO2 电化学分离膜在高温下稳定性,并负载 镍基催化剂实现 CO2 捕获和甲烷部分氧化-干重整. 烟道气作为空气中 CO2 的主要来源,其主要成分为 N

2、O2 和CO2, 且温度较高,可 以作为很多高温化学反应的载体.但是由于其杂质较多,直接利用会导致目标产品纯度 很低,分离困难,成本高.申请者所在课题组近些年研发的混合电子-碳酸根离子导体 (MECC)膜可以直接在烟道气中通过电化学反应捕获 CO2 和O2,这种分离膜可以在高 温(>

500o C) 条件下工作, 所捕获的 CO2/O2 可以直接在高温下转化为高价值的化工产品, 如合成气、乙烯等.目前报道的 MECC 膜有两种,一种是不锈钢-熔融碳酸盐双相膜,其 在高温下(>

600o C)化学稳定性差,不锈钢中的铁会与碳酸盐反应生成电导率极低的 LiFeO2 相,降低 CO2 分离性能;

另一种是金属银-熔融碳酸盐双相膜,该膜虽然在化学兼 容性和 CO2/O2 渗透速率上优于不锈钢-熔融碳酸盐双相膜, 但是在温度高于 650o C 时, 金 属银易于烧结,导致熔融碳酸盐的流失和 CO2 渗透性能下降.申请者利用原子层沉积技 术,通过大量实验,成功在多孔银骨架表面涂覆一层均匀纳米级厚度的氧化锆,在不影 响MECC 膜的分离性能基础上提高了多孔银骨架的高温抗烧结稳定性. 积碳问题是传统甲烷干重整反应的技术难点之一,而MECC 膜反应器因为同时可以 渗透 CO2 和O2,其在 CO2 捕获和甲烷重整过程中的抗积碳性能明显优于 MOCC 膜反应 器.由于甲烷干重整反应一般在 700o C 以上进行,传统的 MECC 膜反应器不能直接用于 该反应,而申请者利用原子层沉积技术改性后的银-熔融碳酸盐分离膜反应器可以在 800o C 下稳定运行.因此,可以用于 CO2/O2 共捕获和合成气的制备,并且申请者通过改 变实验条件可以调节合成气中 H2/CO 的比值,为下游的化工合成提供精细控制.该部分 工作以第一作者发表在国际期刊 Chem. Commum.(2016, 52, 9817-9820)和ACS Sustain. Chem. Eng.(2017, 5, 5432?5439)上.

3、研发出一种原位形成的 NiO-LNO-MC 多相 CO2 高温电化学分离膜,实现了从烟道气 中低成本、高效率的分离 CO2. MECC中的电子导电相除了作为电子导体为膜表面反应提供电子外,还作为骨架结 构支撑熔融碳酸盐.由于MECC膜工作温度高且在含氧气氛中运行,可供直接用于电子 导电相的材料很少.虽然通过原子层沉积技术改性后的银骨架可以在800o C下稳定运行, 但是其在更高温度和长期测试过程中仍会出现烧结现象,并且银价格昂贵,原子层沉积 技术工艺复杂.为解决这些问题,申请者进行了大量实验探索,研发出原位形成的 NiO-LNO-MC高温分离膜.实验以多孔NiO作为骨架结构,在其中浸渍熔融碳酸盐(MC) 以形成致密的分离膜,在一定温度下NiO与MC中的Li2CO3反应,在界面处生成具有良好 电子导电性能的Li0.4Ni1.6O2物相,从而在膜内形成e- 和CO3 2- 的通路,以实现CO2的分离. 在850 o C下,CO2渗透速率为6.1*10-7 mol m-2 s-1 Pa-1 ,远高于同类型的CO2高温分离膜、筛 分膜和溶解扩散分离膜.在优化碳酸盐组成和膜厚度情况下,可以将CO2渗透速率再提高 一倍以上,并稳定运行超过350小时. 当该膜反应器应用于甲烷重整时,由于分离膜一侧为氧化气氛,另一侧为还原气 ........