固体氧化物燃料电池膜反应器中氨直接催化氧化的研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）以其高效、环境友好等特点，得到了积极研究，而研发SOFC发电-化学品联产系统是该领域发展目标之一。以氨为直接燃料进行发电，同时获得化学品-硝酸，是实现该目标的一条可行的路线。本项目旨在筛选对氨氧化具有良好催化性能，同时能满足SOFC阳极要求的复合金属氧化物材料；并分析该阳极材料在以氨为直接燃料的电池系统中的催化氧化性能，研究其催化机理。在此基础上，探求电池反应的最佳条件，优化SOFC反应器中氨催化氧化的工艺路线。本项目不仅会加深对氨在SOFC反应器中催化氧化机理的理解，而且为研发SOFC发电-化学品联产系统提供一定理论依据，对SOFC的工业化，解决能源问题也具有一定的现实意义。

固体氧化物燃料电池（SOFC）作为膜反应器具有独特的优点：（一）可以实现电能—化学品联产；（二）电极上发生的电化学反应不受化学平衡的限制，可以使燃料完全转化。本项目研究在SOFC膜反应器中以氨为直接燃料，实现产生电能的同时获得化学品-硝酸。首先，采用EDTA-柠檬酸联合络合法，制备了La1-xSrxFeO3(x=0.1-0.7)、SrCrxFe1-xO3（x= 0~0.2）、La0.5Sr0.5CrxFe1-xO3（x= 0~0.5）系列阳极材料，四端法分析材料在空气气氛中的电导率，筛选出Sr含量0.5（摩尔比）La0.5Sr0.5FeO3、Cr含量0.1（摩尔比）SrCr0.1Fe0.9O3及La0.5Sr0.5Cr0.1Fe0.9O3复合氧化物阳极材料。接着，采用固定床反应器研究氨在该三类材料上的催化氧化活性，结果显示氨催化氧化反应遵循Mars-Van Krevelen机理，NOx选择性受温度、进料比影响显著。当温度高于800 oC时，NOx选择性急剧下降。最后，在电解质（YSZ）支撑型SOFC膜反应器中，研究氨在该类材料上的电催化氧化活性，结果表明，操作温度升高，NOx的选择性下降，阳极尾气中副产物N2的含量升高。分析可能由于温度升高，高温自分解反应占主导。这一研究结果为研发SOFC发电-化学品联产系统提供一定理论依据，对SOFC的工业化，解决能源问题也具有一定的现实意义。