[發(fā)明專利]一種具有高表面催化活性雙相透氧膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110778427.4
• 申請(qǐng)日: 2021-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN113332863B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李其明;解品紅;李芳;裴瑜潔;夏媛玉;王雨生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧石油化工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D67/00
• 分類號(hào): B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/02
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標(biāo)代理有限公司 21107
• 代理人: 郭元藝

本發(fā)明屬透氧膜材料領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于從含氧混合氣特別是從空氣中選擇分離氧氣的具有高表面催化活性雙相透氧膜的制備方法，包括如下步驟：（1）將雙相透氧膜片A置于酸溶液中浸泡，再用去離子水清洗，烘干，得到雙面多孔的雙相透氧膜片B；（2）將雙相透氧膜片B浸入氧化物溶膠中，然后，取出雙相透氧膜片B，經(jīng)干燥、焙燒后，得到氧化物修飾的雙面多孔雙相透氧膜片C；（3）將雙相透氧膜片C浸入催化劑前驅(qū)體溶液中，然后取出雙面多孔雙相透氧膜片C，再經(jīng)焙燒后，即得目的產(chǎn)物。本發(fā)明目的產(chǎn)物穩(wěn)定性強(qiáng)、透氧量高、催化劑分散度理想的具有高表面催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬透氧膜材料領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于從含氧混合氣特別是從空氣中選擇分離氧氣的具有高表面催化活性雙相透氧膜的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，人類對(duì)能源特別是化石能源的需求與日俱增，而化石能源是不可再生能源，終將會(huì)被消耗盡。面對(duì)能源需求量的增大，可以開發(fā)可再生能源替代不可再生能源，但是都不可完全替化，所以如何高效利用化石能源是當(dāng)務(wù)之急。能源的使用量增加，產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體的排放，造成全球變暖，冰川融化等問題，導(dǎo)致當(dāng)前人類社會(huì)共同面臨的巨大挑戰(zhàn)就是能源問題。而能源的綜合利用需要消耗大量的純氧，如富氧燃燒、化工和醫(yī)療等，都需要大量純氧作為助燃?xì)怏w，因此使用空氣分離技術(shù)制備純氧尤為重要。

天然氣的主要成分為甲烷，工業(yè)上將其轉(zhuǎn)化為液體燃料，主要是通過將甲烷轉(zhuǎn)化為合成氣(CO和H₂)，然后再通過F-T合成的方法將其進(jìn)一步制備成所需的液體燃料和化工產(chǎn)品。合成氣中的氫氣作為燃料具有效率高和零污染的特性，使得其在能源領(lǐng)域應(yīng)用具有非常廣闊前景。目前工業(yè)上利用甲烷生產(chǎn)合成氣主要是通過水汽重整法，此反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需要消耗十分巨大能量。與其相比較，甲烷部分氧化制備合成氣(POM)是一種經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的制備技術(shù)。由于該反應(yīng)是一個(gè)微放熱反應(yīng)，所以此反應(yīng)所需要的條件比較溫和，而且不需要加熱H₂O而帶來的熱量消耗，所以說，有效的降低了制備合成氣過程中所需要的能源消耗，POM反應(yīng)的產(chǎn)物中含量非常低，這就不需要考慮如何消除CO₂的問題，同時(shí)也減小了生產(chǎn)成本，更加有利于應(yīng)用。要想完成POM反應(yīng)，就需要大量的O₂來輔助完成。所以純氧作為POM反應(yīng)的氧化劑是一種最好的選擇?；旌蠈?dǎo)體透氧膜以其優(yōu)異的透氧性能在純氧分離、甲烷部分氧化、富氧燃燒以及固體氧化物在燃料電池領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。低溫蒸餾技術(shù)是工業(yè)上比較成熟的純氧制備技術(shù)，但是耗能巨大。而透氧膜技術(shù)可提高能源利用率，降低能耗，減少浪費(fèi)和污染可替代低溫蒸餾技術(shù)。

當(dāng)前發(fā)展的透氧膜材料有兩種，一種單相鈣鈦礦透氧膜，一種螢石-鈣鈦礦或螢石-尖晶石雙相透氧膜。單相鈣鈦礦透氧膜有一致命的缺點(diǎn)，就是其化學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較差，不能滿足上述條件，這就限制了其在工業(yè)方面的應(yīng)用。雙相復(fù)合膜由氧離子導(dǎo)體相和電子導(dǎo)體相構(gòu)成，克服了單相混合導(dǎo)體陶瓷透氧膜的不足。由于雙相膜中大部分是性能穩(wěn)定的氧離子導(dǎo)體，如螢石結(jié)構(gòu)的CeO₂和ZrO₂等，其穩(wěn)定性有了顯著提高，然而這種類型的雙相復(fù)合膜由于本身固有性質(zhì)的限制，透氧量很難滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。尤其雙相透氧膜由于不含有鈷等高活性金屬粒子，因此雙相透氧膜的表面交換能力普遍不足，因此透氧能力趨向于偏弱。雙相混合導(dǎo)體陶瓷透氧膜的透氧過程主要是由氧離子在膜體內(nèi)的擴(kuò)散過程和膜兩側(cè)表面的氧交換過程控制。如若想繼續(xù)提高透氧膜的透氧性能，就需要通過提高膜表面的氧交換速率來實(shí)現(xiàn)。表面氧交換速率主要受膜本身的性質(zhì)影響較多，如膜表面粗糙程度，多孔膜結(jié)構(gòu)等因素都可以影響透氧膜的表面氧交換系數(shù)。因此，當(dāng)氧滲透速率受表面氧交換控制時(shí)，可以通過在表面負(fù)載多孔修飾層或者制備多孔的表面結(jié)構(gòu)等途徑來提高陶瓷透氧膜的透氧性能。如果能夠在既定材料中實(shí)現(xiàn)提高雙相透氧膜的表面催化能力，將有利于拓寬雙相透氧膜的應(yīng)用范圍。簡單易行的提高雙相透氧膜表面催化能力的方法一直未見報(bào)道，這里我們提出一種提高雙相透氧膜表面催化能力的新型方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種穩(wěn)定性強(qiáng)、透氧量高、催化劑分散度理想的具有高表面催化活性雙相透氧膜的制備方法。