[发明专利]热化学分解水制氢用萤石-钙钛矿型双相混合导体膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热化学分解水制氢用萤石‑钙钛矿型双相混合导体膜材料及其制备方法，属能源制备技术和陶瓷制造技术领域。其特征在于，采用溶胶凝胶法分别制备出萤石相、钙钛矿相前驱体材料，通过球磨机使两相材料均匀的混合在一起，并成型获得坯体，接着在焙烧小时，即得到双相陶瓷透氧膜片。本发明所述方法制得的膜片结构致密，两相分布均匀，机械强度高，且两相相容性好，没有杂相生成。本发明双相透氧膜能获得了0.3156mL·cmsupgt;‑2/supgt;·minsupgt;‑1/supgt;的高透氧量；在变温过程中，膜片在水蒸气及还原性气氛的吹扫和作用下，保持了结构的稳定性和良好的制氢性能，制氢率达到了0.89mL·minsupgt;‑1/supgt;·cmsupgt;‑2/supgt;，是一种具有应用潜力的氧渗透膜材料。

技术领域

本发明涉及一种热化学分解水制氢用萤石-钙钛矿型双相陶瓷膜材料及其制备方法，属能源制备技术和陶瓷制造技术领域。

背景技术

当今社会能源危机和环境问题日趋恶化，这迫使我们必须积极寻找和开发新型可替代能源，探索先进的能源加工与转化技术。氢能被认为是未来理想燃料与能源载体，具有资源丰富、可再生、环保高效、热值高、反应速度快等优点，可通过多种反应途径制得并以气态或液态储存运输，能够满足环境资源与社会经济可持续发展的需要。因此开发廉价、高效的制氢技术对于解决人类可持续发展中所面临的能源环境问题具有重要意义。

在众多制氢工艺中，热化学分解水制氢因其节能、无污染、原料丰富、廉价易得等优点而备受研究者的青睐。该技术可利用循环材料(金属氧化物)通过氧化-还原(Redox)两步循环实现热化学分解水制氢的过程。氧交换材料是热化学分解水制氢工艺的关键，针对氧化-还原两步循环热化学分解水制氢存在的氧化、还原反应间歇、交替发生的缺点，可将氧交换材料制备成氧交换陶瓷膜反应器应用于热化学分解水制氢，即可避免交替反应的出现，有效实现纯氢的连续制备。

氧交换陶瓷膜是一种只允许氧离子和电子通过的致密陶瓷膜，理论上其对氧的选择性为100％。利用该特性，可以使热化学分解水制氢过程中的氧化和还原反应在陶瓷膜两侧同时进行，在连续循环反应过程中有效实现产品分离。但在实际应用中，氧交换陶瓷膜的透氧量较低和长期工作稳定性较差是两个亟需改善的问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种热化学分解水制氢用萤石-钙钛矿型双相混合导体膜材料及其制备方法，本发明萤石-钙钛矿型双相混合导体膜材料膜片结构致密，两相分布均匀，机械强度高，且两相相容性好，没有杂相生成，作为热化学分解水制氢用氧交换陶瓷膜的透氧量较低和长期工作稳定性好。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种热化学分解水制氢用萤石-钙钛矿型双相混合导体膜材料，具有以下的组成及重量百分比：

Ce_1-xPr_xO_2-δ氧化物 z wt.％；

Pr_0.6Sr_0.4Fe_1-yAl_yO_3-δ氧化物 100-z wt.％；

所述0＜z＜100，0≤x≤0.3，0≤y≤0.3。

优选地，0.15≤x≤0.3，0.1≤y≤0.3。

优选地，30＜z＜70。

一种本发明热化学分解水制氢用萤石-钙钛矿型双相混合导体膜材料的制备方法，包括以下步骤：