基于开放直孔中空纤维膜反应器的设计与性能研究文献综述

 2023-05-19 08:05

文献综述

文献综述1.1 研究背景近年来,传统工业的氧气提纯方法有:变压吸附法、低温精馏法和膜分离法[1]。

其中变压吸附法存在的问题是其能够分离出来的氧气纯度并不理想,其纯度只能达到95%。

而低温精馏法虽然获得的氧气纯度高,但是其投资成本大,能耗过高,使用膜分离法分离提纯氧气,得到氧气的纯度相较于变压吸附法是较高的,不仅如此,它的能耗也比低温精馏法低,因此膜分离技术目前成为大众所青睐的氧气分离提纯技术[3]。

随着膜反应技术的发展日益兴起,我们发现膜分离技术的广泛应用不仅限于氧分离过程中,在能源领域也能发挥重要的作用,例如使用膜反应技术应用于天然气转化能有效的满足工程化需要,其中采用混合导体透氧膜反应器实现甲烷的转化备受国际关注,该技术比传统工艺技术预计能节约20%的操作成本[4]。

不仅如此,为了响应碳中和的国家号召,混合导体透氧膜在CO2回收[5],固体氧化物燃料电池等方面也发挥着重要的作用。

1.2 混合导体透氧膜概述混合导体透氧膜由于其良好的电子和氧离子导电性,因此不需要构建外电路就可以实现氧传递。

此外因为氧传递过程是以晶格能振动的形式实现,所以此类膜对氧的选择性可达到100%[6]。

目前对混合导体透氧膜材料的研究已经从萤石型(fluorite-type)氧化物发展到钙钛矿(perovskite)氧化物,其中钙钛矿型透氧膜是最常见的混合透氧膜,属于立方晶系,它的结构式为ABO3,由于其结构具有很强的包容能力,因此它的离子掺杂可变性很大,可以掺杂的阳离子一般为三种或四种目前研究最广泛的钙钛矿型透氧膜体系有La1-xMxCrO3-delta;(M=Ca,Sr,Mg)[7],A1-xBxCo1-yO3-delta;(A=La,Pr,Gd,Sm;B=Ca,Ba,Sr;C=Cr,Mn,Fe,Co,Ni)[8],Y0.05BaCo0.95O3-delta;等21个材料体系。

研究表明对钙钛矿型膜材料进行一定的掺杂可以提高材料的导电性能,降低热膨胀系数,提高透氧性能等。

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