[發(fā)明專利]一種非金屬離子摻雜的鎢酸鑭型混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體透氫材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810663232.3
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108947529B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海輝;莊麗彬;薛健
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;C04B35/495;C04B35/447;C04B35/624;C04B35/626;C04B35/622
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發(fā)明公開了一種非金屬離子摻雜的鎢酸鑭型混合質(zhì)子?電子導(dǎo)體透氫材料及其制備方法與應(yīng)用。該材料的化學(xué)通式為Ln_aW_1?xM_xO_12?δ，其中Ln是鑭系元素La、Nd、Eu、Er中的一種；M是非金屬元素P、S的一種；δ為非化學(xué)計量比；0≤δ≤1，5.3≤a≤5.7，0≤x≤0.5。本發(fā)明的材料可采用甘氨酸?硝酸鹽燃燒法制備。本發(fā)明的材料中，通過非金屬離子的摻雜提高了膜材料的電導(dǎo)率，從而使得膜材料的透氫量得到提升。并且該材料在含氫氣氛下具有很好的操作穩(wěn)定性，可以用于從含氫混合氣中分離氫氣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫氣分離材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非金屬離子摻雜的鎢酸鑭型混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體透氫材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體透氫材料是一種無機(jī)致密陶瓷材料，因其同時具有質(zhì)子和電子導(dǎo)電性，在高溫下對氫氣的選擇性高達(dá)100%。另外，將它用于一系列涉氫反應(yīng)中能有效提高反應(yīng)的效率和能量的利用率。因此，混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體透氫材料被廣泛地研究。

自從1970年La₂O₃-WO₃體系的相平衡被研究以來，鎢酸鑭型氧化物備受關(guān)注。Haugsrud等人研究了Ca摻雜的Ln₆WO₁₂ (Ln = La、Nd、Gd、Er)的導(dǎo)電性，發(fā)現(xiàn)La₆WO₁₂表現(xiàn)出最高的質(zhì)子導(dǎo)電性3-5×10^-3 S?cm^-1，在潮濕的氣氛下且操作溫度低于1150 °C時，質(zhì)子是主要的離子傳導(dǎo)載體。Escolástico等人對Nd₆WO₁₂-Eu₆WO₁₂-Er₆WO₁₂的晶體結(jié)構(gòu)、晶粒大小和導(dǎo)電性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)他們的晶體結(jié)構(gòu)是立方螢石對稱結(jié)構(gòu)，并且Eu₆WO₁₂顯示出最高的導(dǎo)電性能。他們還研究了Nd₆WO₁₂片狀膜的透氫性能，510 μm的膜在1000 °C透氫量為0.023mL/（min?cm²）。Gil和Escolástico分別研究了非對稱片狀膜La_28-xW_4+xO_54+3x/2和對稱片狀膜La_5.5WO_11.25-δ的透氫性能。總的來說，鎢酸鑭型混合導(dǎo)體透氫膜這類材料的透氫性能較低，在含氫氣氛下長期操作穩(wěn)定性不足。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種非金屬離子摻雜的鎢酸鑭型混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體透氫材料及其制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述一種非金屬離子摻雜的鎢酸鑭型混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體透氫材料在氫氣分離中的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種非金屬離子摻雜的鎢酸鑭型混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體透氫材料，該材料的化學(xué)通式為Ln_aW_1-xM_xO_12-δ，其中Ln是鑭系元素La、Nd、Eu和Er中的一種；M是非金屬元素P和S的一種；δ為非化學(xué)計量比；0 ≤δ≤ 1，5.3 ≤ a ≤ 5.7，0 ≤ x ≤ 0.5。

以上所述的一種非金屬離子摻雜的鎢酸鑭型混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體透氫材料的制備方法，制備方法為甘氨酸-硝酸鹽燃燒法，包括以下步驟：