[發明專利]熱化學分解水制氫用鐵基鈣鈦礦混合導體透氧膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011372666.1
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112624751B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 程紅偉;劉巖博;徐小芳;孫強超;魯雄剛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C04B35/40
• 分類號: C04B35/40;C04B35/622
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明涉及一種熱化學分解水制氫用鐵基鈣鈦礦混合導體透氧膜材料及其制備方法，屬能源制備技術和陶瓷制造技術領域。采用溶膠?凝膠法制備Prsubgt;0.6/subgt;Srsubgt;0.4/subgt;Fesubgt;1?x/subgt;Msubgt;x/subgt;Osubgt;3?δ/subgt;粉體，研磨后壓制成型，獲得坯體，接著在1250～1400℃焙燒6～10小時，得到鐵基鈣鈦礦混合導體透氧膜片。本發明方法制備的膜片結構致密，無雜相生成，具有很好的機械強度。在900℃、流量為100mL?minsupgt;?1/supgt;的30vol.％CO?He吹掃氣和流量為100mL?minsupgt;?1/supgt;的80vol.％Hsubgt;2/subgt;O?Nsubgt;2/subgt;水蒸氣的條件下，Prsubgt;0.6/subgt;Srsubgt;0.4/subgt;Fesubgt;0.9/subgt;Wsubgt;0.1/subgt;Osubgt;3?δ/subgt;混合導體透氧膜獲得0.27mL·cmsupgt;?2/supgt;·minsupgt;?1/supgt;的產氫率，同時工作50個小時內能夠保持產氫量穩定，是一種具有應用潛力的透氧膜材料。

技術領域

本發明涉及一種熱化學分解水制氫用鐵基鈣鈦礦混合導體透氧膜材料及其制備方法，屬能源制備技術和陶瓷制造技術領域。

背景技術

石油、煤等化石燃料的大量開采與燃燒，造成了嚴重的環境污染和能源短缺；如何緩解化石燃料儲量日益枯竭及其大量燃燒造成的環境污染這兩大危機是全球亟待解決的問題。以化石能源為主的能源消費結構具有明顯的不可持續發展性，因此，尋找清潔高效可再生的替代能源已迫在眉睫。而氫能作為低碳能源是被世界公認的清潔能源，是未來理想的原料與能源載體；它具有燃燒熱值高、無污染、原料來源豐富、利用率高、用途廣泛等優點。氫能技術受到全世界的廣泛關注，特別是能源與環境問題日趨嚴峻的形勢下，開發廉價、高效的制氫技術對于解決人類可持續發展中所面臨的能源環境問題具有重要意義。

目前已有的制氫技術中，熱化學分解水制氫是一種利用熱化學過程分解水制氫的方式，該技術利用循環材料經過兩步或者兩步以上的反應在一定的溫度下完成分解水制氫過程,它因為無污染、材料可循環利用、節能、總效率高等優點而受到越來越多的關注。作為熱化學分解水制氫工藝中重要的循環材料，氧交換材料主要是通過氧化-還原兩步循環實現熱化學分解水制氫的。

然而，由于傳統化學分解水制氫工藝中的氧化-還原反應為交替反應，存在制氫方式是間歇式和交替式的問題。可選擇合適的氧交換材料制備成陶瓷基混合導體透氧膜，使氧化還原反應在膜的兩側同時進行，通過簡單的氣-水分離，可以得到100％的氫氣，從而實現純氫的連續制備。然而，由于處于水蒸氣、還原性氣體、二氧化碳等氣氛中，陶瓷基混合導體透氧膜會受到嚴重的腐蝕，穩定性差而使其難以長期運行，因此在熱化學分解水制氫工藝中的穩定性較透氧性更為關鍵，所以提高透氧膜的穩定性至關重要，成為亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種熱化學分解水制氫用鐵基鈣鈦礦混合導體透氧膜材料及其制備方法，本發明鐵基鈣鈦礦混合導體透氧膜材料的膜片結構致密，無雜相生成，具有很好的機械強度，能夠保持產氫量穩定，是一種具有應用潛力的透氧膜材料。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下技術方案：

一種熱化學分解水制氫用鐵基鈣鈦礦混合導體透氧膜材料，具有以下的組成：

Pr_0.6Sr_0.4Fe_1-xM_xO_3-δ

所述M為高價態過渡金屬Cr、Zr、V和W中的至少一種金屬元素；0≤x≤0.1。

優選地，0.025≤x≤0.1。

進一步優選地，0.05≤x≤0.1。