發(fā)布時間：2021-04-07 19:37

　　作為未來最重要、最有潛力的二次能源之一,氫氣因其來源豐富、無污染、高效等優(yōu)點受到各國研究者的廣泛關(guān)注。在眾多制氫工藝中,以水作為氫源的熱化學分解水制氫工藝又因其節(jié)能、無污染、物料可循環(huán)利用等優(yōu)點而備受研究者青睞。氧交換材料是熱化學分解水制氫工藝的關(guān)鍵,針對氧化-還原兩步循環(huán)熱化學分解水制氫中存在的氧化-還原反應間歇、交替發(fā)生的缺點,可將氧交換材料制備成氧交換陶瓷膜反應器應用于熱化學分解水制氫,即可避免交替反應的出現(xiàn),有效實現(xiàn)純氫的連續(xù)制備。氧交換陶瓷膜是一種只允許氧離子和電子透過的致密陶瓷膜,從理論上來說,其對氧的選擇性為100%。利用該特性,可以使熱化學分解水制氫過程中的氧化和還原反應在陶瓷膜兩側(cè)同時進行,在連續(xù)循環(huán)反應過程中有效實現(xiàn)產(chǎn)品分離。但在實際應用中,氧交換陶瓷膜的的透氧量較低和長期工作穩(wěn)定性較差是兩個亟需改善的問題。因此,本論文針對Pr_0.6Sr_0.4FeO_3-δ（PSF）基氧交換陶瓷膜在熱化學分解水制氫反應過程中存在的問題進行了一系列研究工作。首先采用溶膠-凝膠法制備了一系列不同W摻雜量的PSF基氧交換陶瓷... 

【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

016年中國能源消費結(jié)構(gòu)

圖 1-2 工業(yè)制氫主要氫源Fig. 1-2 The major hydrogen sources of the industrial hydrogen manufacturing圖1-2為現(xiàn)今工業(yè)制氫所用原料主要來源圖�，F(xiàn)階段的制氫方法按制氫原料的差異可分為不可再生資源制氫(化石燃料制氫)和可再生資源制氫[12]。其中，化石燃料制氫又可分為天然氣重整、煤氣化、焦油重整、部分氧化、直接裂解等。目前，天然氣仍是工業(yè)制氫的主要原料[6]。然而，通過該工藝所制得的H2通常含有部分雜質(zhì)，例如CH4、CO、CO2和少量H2S等[13-15]。因此，該方法制得的H2因純度較低而無法直接運用于實際生產(chǎn)中。例如：為保護燃料電池中的Pt電極，燃料電池用H2中的CO的濃度需要降低至10 ppm以下[16]；而用于多晶硅生產(chǎn)的H2純度需要達到6 N以上[17]。因此，如何制得高純H2是其大規(guī)模商業(yè)化應用的關(guān)鍵所在�？稍偕Y源制氫工藝包括水制氫、生物質(zhì)氣化和生物制氫等工藝[18]。與不可再生資源制氫相比

料實現(xiàn)熱化學分解水制氫主要通過氧化-還原(Redox)循環(huán)實現(xiàn)。作為熱化學分解水技術(shù)的核心，氧交換材料近年來發(fā)展迅猛，同時熱化學分解水工藝也發(fā)展出多種反應體系(圖1-3)。圖 1-3 熱化學分解水制氫工藝體系Fig. 1-3 TWS hydrogen production technology systems目前，氧交換材料的研究熱點主要有鐵基、鎳基、鈰基氧化物和鈣鈦礦氧化物等。對于透氧性能較好的材料(如鈣鈦礦氧化物)，可將其制成透氧膜(OxygenTransport Membranes, OTM)構(gòu)建膜反應器加以應用[25]。在此，將基于Redox概念(化學鏈概念)的氧交換材料稱作氧化還原氧交換材料(Redox-OEM)；而將基于膜反應器概念的氧交換材料稱作透氧膜氧交換材料(OTM-OEM)。不同反應體系對材料性能的要求不盡相同，但總的來說可概括為以下幾點[26, 27]：(1) 具有較強的儲氧能力且可以實現(xiàn)穩(wěn)定的氧化-還原循環(huán)；(2) 反應動力學條件較穩(wěn)定；(3) 高溫熱穩(wěn)定性和氧復原能力較好；(4) 具備較好的抗熱震性；(5) 反應過程中盡量不發(fā)生相變等。1.2.1 氧化還原氧交換材料Redox-OEM將鏈式化學循環(huán)反應(還原-氧化循環(huán)反應)應用于熱化學分解水制氫技術(shù)。其中，還原過程可采取不同的方法實現(xiàn)：(1) 熱化學還原，即氧交換材料MxOy在高溫熱作用下直接分解至還原態(tài)MxOy-δ與O2[28]；(2) 還原氣氛還原，即采用CH4、Syngas/CO、H2等還原性氣體與氧交換材料反應

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3124068