中空纖維陶瓷透氧膜反應器與甲烷氧化偶聯反應過程研究.pdf

1、采用噴霧熱解法和基于Pechini法的溶膠低溫燃燒工藝制備了La<,0.6>Sr<,0.4>Co<,0.2>Fe<,08>O<,3-d>(LSCF)粉體以及催化劑SrTi<,0.9> Li<,0.1>O<,3>(STL)粉體.通過x射線衍射,掃描電鏡,透射電鏡及激光粒度儀分別對材料的晶型、微觀形貌、內部結構及粒度分布進行了觀察,并測定了La<,0.6>Sr<0.4>Co<,0.2>Fe<,0.8>O<,3>粉體的電性能以及STL材料的甲

2、烷氧化偶聯(OCM)催化性能。結果表明,噴霧熱分解法合成的LSCF粉體材料粒子呈球形,平均粒度3.13μm,粉體的粒度符合液滴粒子轉變機理,即1個產物粒子由1個液滴形成；超聲噴霧在900℃熱分解的產物能直接形成鈣鈦礦型晶相；在650℃時的電導率最大,為11.59S/cm。溶膠低溫燃燒法制備的STL粉體為片狀的結構而且粒度分布比較寬；而通過在噴霧熱解前驅溶液中加入一定量的硝酸銨,可得平均粒徑為500nm且分布均勻的STL實心球形超細粉。噴

3、霧熱解法制備的STL超細粉具有良好的OCM催化活性,其C<,2>選擇性和C<,2>收率遠高于溶膠低溫燃燒法制備的STL粉體。 應用干-濕相變技術制備了LSCF中空纖維陶瓷膜。掃描電鏡結果顯示,該陶瓷中空纖維膜具有多孔層和致密層組成的非對稱結構。經1300℃的5h燒結后,可得到致密的LSCF陶瓷中空纖維膜。燒結后,LSCF粒度變大而其鈣鈦礦型晶相結構沒有發(fā)生變化。 用致密LSCF中空纖維陶瓷透氧膜組裝成甲烷氧化偶聯反應器,

4、并對其催化性能進行了測試。結果表明,在1198-1248K,膜反應器可獲得較高的C<,2>選擇率(93.5﹪),但是甲烷轉化率較低(<20﹪),尾氣中卻含有大量的未反應的氧氣。在膜中填充STL催化劑以消耗剩余的氧氣。其OCM催化性能測定表明,甲烷轉化率和透氧速率都有了比較明顯的提高,但是C<,2>收率只在1048-1198K溫度范圍內有所提高。填充STL的膜反應器最大C<,2>收率為14.5﹪在1198K,相應的甲烷轉化率和C<,2>選