甲烷干重整-部分氧化催化钙钛矿中空纤维膜制备与性能调控

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21805206
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0902.碳基能源化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Practical application of CO2 dry reforming of methane (DRM) is mainly disadvantaged by high energy consumption and catalyst coking inactivation. However, coupling the partial oxidation of methane (POM) with DRM in oxygen-permeable catalytic membrane reactor is a promising strategy to overcome these disadvantages and accomplish the efficient conversion of methane as well as the utilization of CO2 resources. In this project, synthesis of alkalescent mixed ionic and electronic conducting ceramic oxygen-permeable membrane materials with good resistance to CO2 toxicity, preparation of asymmetric structured hollow fiber membranes and catalytic membranes, fabrication of catalytic membrane reactors and development of mathematical model will be carried out in sequence. Detailed examination on the influence of perovskite materials composition and catalytic hollow fiber membranes structure for the DRM-POM coupled catalysis as well as in-depth research of the intrinsic mechanism for coupled catalysis in membrane reactors will be performed. Based on this project, the relationship between the composition, structure and performance of oxygen-permeable catalytic membranes, key technologies for the preparation of high performance oxygen-permeable catalytic membranes and membrane reactors, and the mechanism of the DRM-POM coupled catalysis will be revealed and clarified. In addition, precise regulation of the coupled catalysis will be achieved. The development of high efficiency, low-cost and stable membrane reactor with application prospects will provides theoretical basis and technical support for the efficient conversion of methane and the utilization of CO2 resources.
甲烷干重整(DRM)耗能大、催化剂易积炭失活,限制了其实际应用,通过耦合钙钛矿透氧膜催化甲烷部分氧化(POM)降低反应能耗并解决催化剂积炭失活问题,实现甲烷高效转化和CO2资源化利用。项目合成具有良好抗CO2毒化性能的弱碱性混合导体陶瓷透氧膜材料,制备非对称复合结构中空纤维透氧膜,负载DRM-POM催化剂制备耦合催化膜,设计制备催化膜反应器,建立催化膜反应器数学模型,详细考察钙钛矿材料组成和中空纤维催化膜结构对DRM-POM耦合催化的影响;深入研究膜反应器DRM-POM耦合催化反应的内在机理和规律。通过该项目研究,揭示透氧催化膜的组成、结构与性能的关系,掌握高性能透氧催化膜和膜反应器制备的关键技术,阐明DRM-POM耦合催化反应过程机理,实现耦合催化性能的精确调控,为甲烷高效转化和CO2资源化利用提供理论依据与技术支持。

结项摘要

对于优化能源结构、减少环境污染具有重要意义的甲烷部分氧化(OCM)和甲烷干转化(DRM)是天然气直接转化为合成气或者制氢的重要途径,其实际应用受热力学平衡转化率低、催化剂快速结焦失活限制。本项目研究开发一种具备优良透氧性能同时耐CO2的多功能陶瓷催化膜和膜反应器,通过分布供氧和H2分离突破反应热力学平衡限制,提高氢气产率,利用膜的透氧/水特性抑制积碳,提高稳定性。.项目首先通过一步热处理,制备了铋和锆共掺杂的BaCo0.95-xBi0.05ZrxO3-δ(x=0.00-0.20)中空纤维膜,研究了Zr掺杂和CO2对膜性能的影响。BaCo0.85Bi0.05Zr0.1O3-δ(BCBZ)膜氧渗透性能最佳,1000℃时的氧渗透通量5.07 mL min-1 cm-2。膜进料侧CO2对氧渗透毒化作用更强,CO2对膜结构的侵蚀主要发生在渗透侧。.使用多孔BCBZ材料将BCBZ中空纤维膜进行集束,同时提高膜的机械性能和氧渗透性能。利用CFD软件对陶瓷中空纤维膜组件进行了流体力学分析。当9根中空纤维膜集束时,平均机械强度最大达到120.74 MPa。渗透侧的真空度比进料压强对氧渗透的影响更显著,增加膜长度和膜的间隙,会提高氧气回收率。.在La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ中空纤维膜内外表面涂覆OCM催化剂和透氧催化剂,在BaCe0.85Tb0.05Co0.1O3-δ中空纤维膜内表面负载甲烷脱氢偶联(DCM)催化剂,所制备的膜反应器的氧/氢渗透速率有所提高。氧-氢渗透和OCM、DCM之间既相互促进又相互制约。微量O2与H2、CO和C2烃可在膜反应器中共存。水蒸汽可提高甲烷转化率,增加氢气产量。.采用相转化和烧结技术制备了Fe和Sc共掺杂的BaCe0.7Fe0.3-xScxO3-δ钙钛矿陶瓷中空纤维膜,研究了材料组成对膜性能的影响。1000℃时,BCFSc20(x=0.20)膜的H2、O2和水蒸气渗透通量分别达到0.32、0.20和0.065 mL min-1 cm-2,稳定性良好。当外加电压小于1.5V时,所形成的水蒸气泵处于稳态。.通过建模和实验研究了Sm0.2Ce0.8O1.925–SrCo0.4Fe0.55Zr0.05O3-δ双相陶瓷膜的氧渗透性能。700-750°C,氧渗透主要受表面交换反应的限制。800-950°C,氧渗透同时受体扩散和表面交换反应的控制。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
CFD modeling of the perovskite hollow fiber membrane modules for oxygen separation
用于氧分离的钙钛矿中空纤维膜组件的 CFD 建模
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2020.116214
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Bing Feng;Jian Song;Zhigang Wang;Nikita Dewangan;Sibudjing Kawi;Xiaoyao Tan
  • 通讯作者:
    Xiaoyao Tan
Dehydrogenation Coupling of Methane Using Catalyst-Loaded Proton-Conducting Perovskite Hollow Fiber Membranes.
使用负载催化剂的质子传导钙钛矿中空纤维膜进行甲烷脱氢偶联
  • DOI:
    10.3390/membranes12020191
  • 发表时间:
    2022-02-05
  • 期刊:
    Membranes
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Song J;Hei Y;Li C;Yang N;Meng B;Tan X;Sunarso J;Liu S
  • 通讯作者:
    Liu S
Scandium-doped barium ceria ferrites-based composite mixed conducting hollow fiber membranes for H2 and O2 permeation
掺钪钡二氧化铁铁氧体基复合混合导电中空纤维膜用于H2和O2渗透
  • DOI:
    10.1016/j.jiec.2021.11.033
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Journal of Industrial and Engineering Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Jian Song;Claudia Li;Shao Zhang;Kai Wang;Bo Meng;Xiaoyao Tan;Jaka Sunarso;Shaomin Liu
  • 通讯作者:
    Shaomin Liu
Simultaneous hydrogen and oxygen permeation through BaCe0.70Fe0.10Sc0.20O3-δ perovskite hollow fiber membranes
BaCe0.70Fe0.10Sc0.20O3-δ 钙钛矿中空纤维膜同时渗透氢气和氧气
  • DOI:
    10.1016/j.memsci.2021.119513
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Journal of Membrane Science
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Song Jian;Wang Zhigang;Tan Xiaoyao;Cui Yifan;Kawi Sibudjing;Liu Shaomin
  • 通讯作者:
    Liu Shaomin
Preparation and CO2 adsorption performance of PSF-TEPA membrane-based solid amine
PSF-TEPA膜基固体胺的制备及其CO2吸附性能
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1005-9954.2019.06.006
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chemical Engineering (China)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张烨;宋健;谭小耀
  • 通讯作者:
    谭小耀

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其他文献

钣金件中匹配孔的半径差及轴线重合度自动检查
  • DOI:
    10.11996/jgj.2095-302x.2019040790
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    图学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘福;董玉德;王亮;宋健;吴海江;邹文俊;霍美玲
  • 通讯作者:
    霍美玲
纳米片Nb/TiNi记忆合金复合材料的力学性能与微观变形行为
  • DOI:
    10.13373/j.cnki.cjrm.xy20060049
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    稀有金属
  • 影响因子:
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  • 作者:
    姜大强;宋健;蒋小华;崔立山
  • 通讯作者:
    崔立山
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    临床与实验病理学杂志
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  • 作者:
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2011-2017年内蒙古自治区棘球蚴病流行特征分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋健;裴迎新;郭卫东;姜晓峰;王立英
  • 通讯作者:
    王立英
致犊牛脑炎链球菌的分离鉴定及药敏实验
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋健;齐亚银
  • 通讯作者:
    齐亚银

其他文献

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宋健的其他基金

用于甲烷干-湿双重整的金属镍中空纤维催化膜制备与性能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
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用于甲烷干—湿双重整的金属镍中空纤维催化膜制备与性能研究
  • 批准号:
    22179073
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  • 资助金额:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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