固体氧化物电解质膜反应器在非均相催化中的应用

固体氧化物电解池用作膜反应器，可以共生电能和化学产品，通过固体电解质电势分析法与动力学测量相结合可进行非均相催化反应机理研究；该膜反应器还可用于催化剂活性的电化学改性研究，本文主要从以上3个方面对固体氧化物膜反应器在非均相催化方面的应用作了归纳。     

中低温固体氧化物燃料电池电解质材料研究进展

 固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种全固态的电化学能量转换装置,它的能量转换效率高达70%,且其尾气中的有毒成分含量极低,是未来化石燃料发电技术的理想选择之一。SOFC 具有较宽的工作温度范围,通常在450~1000℃。高温下（800~1000℃）尽管SOFC 在燃料选择方面具有更高的灵活性,但是材料性能衰减的加快、运营成本的提高,以及系统的开关速度变慢等一系列缺点也愈加明显。因而,SOFC 主要朝着低温化的趋势发展。降低SOFC 工作温度最有效的方法是提高固体电解质的电导率,以尽量减少电池的欧姆阻抗。本文综述了萤石型、钙钛矿型和复合型3 类固体电解质材料国内外的研究进展,同时展望了未来中低温SOFC 电解质材料的研究方向。钙钛矿型电解质材料在中低温下具有较高的纯离子电导率,且具备丰富的改性空间,有望成为将来中低温SOFC 电解质材料的首选。     

固体氧化物燃料电池电解质用离子导体

固体氧化物燃料电池以其高的能量转换效率和清洁的发电而被广泛研究。其中电解质--离子导体材料是影响固体燃料电池的效率和热力学稳定性的关键。作为所期望的电解质材料应满足以下要求：（1）高的离子导电,（2）低的电子导电,（3）在使用条件-热力学稳定,（4）好的综合力学性能。在一些荧石相关结构和钙钛矿塑结构的氧化物中通过掺杂和取代形成氧空位可得到高的氧离子导电性。本文介绍了一些这类离子导体材料,并讨论了它们的特性。     

固体氧化物燃料电池致密电解质薄膜制备技术

鉴于固体氧化物燃料电池(SOFC)在高温运行时存在的种种问题,电解质薄膜的厚度,降低其运行温度,是解决这些问题的重要途径.本文分别综述了目前常用的SOFC致密电解质薄膜的制备工艺,如化学法、物理法、陶瓷粉末法等,评述了它们的优缺点,并介绍了采用上述方法制备电解质薄膜的性能和用于电池研究的实验结果.     

固体氧化物燃料电池电解质用离子导体

固体氧化物燃料电池以其高的能量转换效率和清洁的发电而被广泛研究.其中电解质—离子导体材料是影响固体燃料电池的效率和热力学稳定性的关键.作为所期望的电解质材料应满足以下要求(1)高的离子导电,(2)低的电子导电,(3)在使用条件一热力学稳定,(4)好的综合力学性能.在一些荧石相关结构和钙钛矿塑结构的氧化物中通过掺杂和取代形成氧空位可得到高的氧离子导电性.本文介绍了一些这类离子导体材料,并讨论了它们的特性.     

固体氧化物燃料电池阳极甲烷重整过程动力学模型

基于甲烷蒸气重整动力学模型,结合平板型固体氧化物燃料电池阳极材料上甲烷蒸气重整实验数据,得到了镍/氧化钇稳定氧化锆阳极甲烷蒸气重整过程的有效动力学模型,并采用该模型在不同工况下得出阳极内温度分布、甲烷转化率、最大温差、碳沉积及其可能气化的位置等.结果表明:局部温度分布和甲烷转化率对工作参数非常敏感,尤其是工作温度;局部温度在多孔阳极的前部急剧下降,而后随外部电加热器的热量和水转化所释放的热量增加而逐渐回升;最大温差区域在多孔阳极的前部,最大温差及其增量随着工作温度升高而增加;工作温度对甲烷转化率具有正面影响,并呈非线性关系;较高的工作压力对甲烷蒸气重整无益;碳可能沉积的区域在阳极的前部,特别是其表面;工作温度的升高对降低碳沉积起到较大作用;碳的气化反应随S/C的增加而加快.     

管式致密透氧膜用于甲烷部分氧化制合成气的研究

采用钙钛矿型管式致密透氧膜反应器,在Ni/Al2O3催化剂上进行了甲烷部分氧化制合成气的实验研究,考察了进料气中甲烷的摩尔分数和反应温度对反应结果的影响,并对膜在反应条件下的稳定性作了分析.     

中空纤维膜生物反应器富集反硝化厌氧甲烷氧化菌群的研究

反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)过程可以由一种称为Methylomirabilis oxyfera的DAMO细菌在有或者没有DAMO古菌下完成.已经报道的DAMO过程的菌群富集时间长(一般需要7~18月),且DAMO体系反硝化速率低.利用中空纤维膜生物反应器(HFMB)提高甲烷的传质来试图实现快速启动DAMO反应,结果发现HFMB在不到3个月时间内就表现出DAMO反应,其反硝化速率达到50 mg·L-1·d-1硝酸盐氮.二代测序显示,HFMB中微生物以Anaerolineaceae,Azospira,CL500-3占绝对优势,分别为39.08%,13.68%和11.54%,而DAMO细菌(Methylomirabilis)和与厌氧甲烷氧化有关的古菌Methanosarcina分别占0.02%和0.13%,因此推测在HFMB中DAMO过程是由一群新的菌群主导完成.     

透氧膜反应器内NiO/MgO催化甲烷重整反应的途径

在透氧膜反应器内对比分析了不加催化剂和添加 1 g 9% Ni/γ -Al2O3 催化剂的甲烷重整反应实验. 结果表明, 不加催化剂时甲烷相对较惰性; 而在催化剂的作用下, 甲烷重整活性得到了较大提高, 但是催化剂易积碳. 推测甲烷重整反应路径如下: 甲烷在催化剂活性组分上发生裂解, 产生氢和碳; 生成的氢与膜表面的氧反应生成 H₂O,从而使得膜表面侧氧分压下降, 透氧量增大. 通过设计不同 Ni 含量 NiO/MgO 催化剂下的甲烷裂解和甲烷重整反应实验, 验证了以上的反应机理模型.     

Methane Conversion to C2 Hydrocarbons in Solid State Oxide Electrolyte Membrane Reactor

Provskite-type catalysts, Ln0.6Sr0.4FexCo1-x O3 （Ln = Nd, Pr, Gd, Sm, La, 0〈x〈1） and Ln0.8Na0.2CoO3（Ln=La, Gd, Sm） were synthesized, their catalytic properties in the oxidative coupling of methane （OCM） were examined in a fixed-bed reactor. The former group presented higher activity in the OCM, but the main product was carbon dioxide. While the later group showed lower activity but much higher selectivity to C2 hydrocarbons compared with the former. Electrochemical measurements were conducted in a solid oxide membrane reactor with La0.8Na0.2 CoO3 as catalyst. The results showed that methane was oxidized to carbon dioxide and ethane by two parallel reactions. Ethane was oxidized to ethene and carbon dioxide. A fraction of ethene was oxidized deeply to carbon dioxide. The total selectivity to C2 hydrocarbons exceeded 70%. Based on the experimental results, a kinetic model was suggested to describe the reaction results.     

室温固态电解质催化氧传感技术的研究

利用混合压膜法制作了催化电极。并采用Ｎａｆｉｏｎ膜作为质子导体，氢气为参比气体，研制了室温固态电解质氧传感器。考察了Ｎａｆｉｏｎ膜水含量、电极中Ｔｅｆｌｏｎ含量、温度、催化材料对应答的影响。得出了较佳电池工艺参数，并进一步进行了阴极极化研究，求取了氧阴极还原动力学参数。     

La－Sm－Sn－O烧绿石型甲烷氧化偶联催化剂的研制

为了研制用于从天然气制取乙烯的，具有良好的催化活性、选择性和稳定性的催化剂，用溶胶－凝胶法合成了系列稀上－锡复合氧化物Ｌａ２－ｘＳｍｘＳｎ２Ｏ７（ｘ＝０．０，０．５，１．０，１．５，２．０）．用ｘＲＤ对其结构研究表明：Ｌａ２－ｘＳｉｎｘＳｎ２Ｏ７，系列稀土－锡复合氧化物均具有烧绿石型结构，属立方晶系，空间群为Ｆ３ｄｍ．同时发现其晶胞参数ａｐｙｒ随Ｓｍ掺入量增加而近乎线性减小．并在脉冲激反应器上，对其催化活性进行评价．结果表明：Ｓｍ２Ｓｎ２Ｏ７复合氧化物对甲烷氧化偶联反应具有良好的催化活性，在ＣＨ４／Ｏ２＝４，温度在８００℃～９００℃，Ｘ＝２．０时，Ｃ２选择性为３８．１％，产率为９．２％，其中Ｃ２＝的选择性为２７．９％，产率为６．４％．同时发现晶格缺陷的形成有利于催化剂催化活性的提高．     

实验用无机膜反应器管件的制备方法：粘接,釉料涂层法

从研制实验用无机陶瓷膜反应器的实际出发，开发了无机膜管与非孔陶瓷管粘接、釉料涂层制备膜管件的新方法．不仅可以彻底解决反应气体偏流和难以将催化剂准确担载在反应区膜管部分等问题，还增加了膜管件的强度，降低了制造成本．筛选了２００、１００、５０、及２０ｎｍ四种孔径的氧化铝、氧化锆膜，两种粘合剂和四种釉料．找出了适宜的工艺条件．从而制备了热稳定性好、机械强度高、化学反应惰性的无机膜反应器管件．将该反应器用于甲烷氧化偶联反应，在高温下累计操作４０ｈ以上，成功地测定了其动力学数据     

稀土氧化物阴极的YSZ固体电解质燃料电池的制备

以稀土复合氧化物Ｌａ＿０．７Ｓｒ＿０．３ＣｏＯ＿３为阴极材料，ＹＳＺ为电解质，Ｐｔ为阳极，组装了Ｈ＿２－Ｏ＿２燃料电地．测试了电地的Ｖ－Ｉ特性曲线．结果表明，在１０００℃时电池的开路电压为１．０８Ｖ；最大输出功率密度的工作电压为０．５４Ｖ，电流密度为１５０ｍＡ／ｃｍ￣２．     

利用固体电解质氧浓差电池测定铝镇静钢中的铝量

铝镇静钢的质量与其含铝量的控制有极其重要关系,本文根据钢液中氧活度α[o]与含铝量[Al]sol间存在的平衡关系,利用固体电解质氧浓差电池快速测定α[o],并对应于取样分析[Al]sol量,建立实测的α[o]—[Al]sol关系。从而,可通过直接测定钢液中氧的活度来测定钢液中含铝量,并通过测氧达到控制铜中铝量,确保钢质量的目的。     

甲烷氧化偶联金属氧化物催化剂组份分子设计程序

甲烷氧化偶联金属氧化物催化剂组份分子设计程序廖代伟，黄遵楠，林银钟，龚文华，万惠霖，张鸿斌，蔡启瑞（化学系　物理化学研究所　固体表面物理化学国家重点实验室）近几十年来所取得的显著成就提供了有可能在分子水平上进行催化剂分子设计的相当多的科学基础．国内外...     

甲烷在镁表面上的氧化偶联

XPS和UPS研究结果表明,在金属镁表面氧化过程中存在的过渡态氧O~(δ-)对甲烷有很强的脱氢活性,生成CH_x(x=1,2,3)和深度氧化吸附态CO_3~(2-),以质谱和色谱研究结果表明,CHx偶联生成乙烷和乙烯,CO_3~(2-)热分解生成CO和CO_?。