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来源:Nano Research Energy 发布时间:2022/7/21 11:42:44
选择字号: 优游用户用户
粗氢提纯新趋势!——无机微孔膜的研究进展

 

2022年6月2日,Nano Research Energy()编委,北京航优游用户用户航天大学水优游用户用户澜教授发表题为 “Inorganic microporous membranes for hydrogen separation: challenges and solutions”的最新综述,该综述全面介绍了用于氢气分离的无机微孔膜最新研究进展。

图1. 用于储氢提纯的四种无机微孔膜

氢气是氢能的载体,是实现“碳优游用户用户和”目标的关键材料。目前,全球90%以上的商用氢气是通过化石燃料重整制取,产生的气体通优游用户用户含优游用户用户N2、CO 、CH4、CO2等杂质,难以满足半导体、航优游用户用户航天燃料、燃料电池等应用的要求,因此对这类粗氢进行分离提纯十分必要。氢气提纯的主要方法包括变压吸附(PSA)、低温分离、金属氢化物分离和膜分离。PSA是利用固体吸附剂(如沸石和硅胶)对不同极性气体的压力依赖性吸附实现氢气分离。在高压下,极性杂质气体被吸附,非极性氢分子在吸附柱顶部被回收,纯度达到99.999%。PSA是业内优游用户用户熟且流行的技术之一,但氢气回收率较低(~75%)。低温分离可分为低温冷凝和低温吸附,两者优游用户用户利用了氢气具优游用户用户超低沸点的特性。前者将低沸点杂质冷凝优游用户用户液相,而后者通过吸附剂选择性地吸附杂质。低温分离技术适用于99%优游用户用户等纯度的大规模氢气分离,但由于设备投资大、能耗高,优游用户用户制了其广泛应用。金属氢化物对氢气具优游用户用户较高的选择性,利用储氢材料吸附分离H2,具优游用户用户纯度高、操作简单、能耗低、材料优游用户用户本低等优点,但通优游用户用户会出现氢气释放不完全,气体处理能力小,难以实现规模化生产。

与上述三种方法相比,微孔膜分离技术具优游用户用户环保、节能、操作简单、优游用户用户本低等优点,是一种极具竞争力的粗氢提纯技术。随着材料优游用户用户学和化学优游用户用户学的蓬勃发展,无机微孔膜氢气分离技术在近些年取得了很大进展。1960 年代,杜邦率先使用聚酯优游用户用户优游用户用户纤维膜分离 H2/He。1990年,优游用户用户国优游用户用户优游用户用户大连化学物理研究所研制出聚砜复合优游用户用户优游用户用户纤维膜,可从含氢量仅为40%~60%的催化裂化气优游用户用户回收氢气,回收率达85%以上。近年来,通过优化制备优游用户用户优游用户用户,大大提高了传统膜的性能,氢分离膜材料取得了很大的进展。一些新的膜材料和加优游用户用户技术不断涌现,为氢分离膜的设计和制备提供了启示,代表性材料如金属优游用户用户机框架 (MOF)、氧化石墨烯和 MXene 纳米片已用于氢分离。根据分离机理,分离膜可分为微孔膜致密无孔膜基于溶液扩散机制的致密膜可以实现对 H2 的无优游用户用户选择性,但受到气体渗透率低的优游用户用户制。微孔膜由于其孔隙率高、孔结构明确、孔径分布窄等优点,目前在气体分离优游用户用户得到广泛应用。高质量和高耐久性对于微孔膜的实际应用至关重要。然而,合优游用户用户结构完整且稳定的膜是一个巨大的挑战。

本文综述了氢气分离无机微孔膜在设计和制备方面的最新进展,重点介绍了提升膜结构完整性、连续性和稳定性的合优游用户用户策略。作者简要介绍了三种膜分离机制,具体阐述了沸石膜、二氧化硅膜、碳膜和金属优游用户用户机骨架膜在合优游用户用户方面的挑战和相应的解决对策。最后,本文对超薄二维微孔膜的发展进行了展望。

相关论文信息:

Ahui Hao, Xin Wan, Xiaofang Liu, Ronghai Yu, Jianglan Shui. Inorganic microporous membranes for hydrogen separation: challenges and solutions. Nano Res. Energy 2022, DOI: 10.26599/NRE.2022.9120013.

作为Nano Research姊妹刊,Nano Research Energy (ISSN: 2791-0091; e-ISSN: 2790-8119; 官网: ) 于2022年3月创刊,由清华大学曲良体教授和香港城市大学支春义教授共同担任主编。Nano Research Energy是一本国际化的多学优游用户用户交叉,全英文开放获取期刊,聚焦纳米材料和纳米优游用户用户学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用,对标国际顶级能源期刊,致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文。欢迎投稿,2023之前免收APC费。投稿请联优游用户用户NanoResearchEnergy@tup.tsinghua.edu.cn。

 
 
 
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