Abstract Ceramic-carbonate dual-phase dense membrane is a promising high temperature CO2 separation membrane with remarkable CO2 permeance and theoretically infinite CO2 selectivity. This paper reports synthesis and CO2 permeation properties of asymmetric tubular dual-phase membranes with a thin samarium doped ceria (Ce0.8Sm0.2O1.9, SDC)-carbonate separation layer and a thick porous SDC-Bi1.5Y0.3Sm0.2O3-δ (BYS) support. The asymmetric tubular thin (0.12 mm) dual-phase membrane has much higher CO2 permeance and lower activation energy for permeation than the thick (1.0–1.5 mm) membranes. At 900 °C with 50%CO2/N2 feed at 1 atm, the CO2 permeation flux and permeance for the thin membrane reach 1.53 × 10−2 mol m−2 s−1 (or 2.05 mL(STP) cm−2 min−1) and 3.16 × 10−7 mol m−2 s−1 Pa−1, respectively, with activation energy for permeation of 62.5 kJ/mol. These dual-phase membranes exhibit slightly higher CO2 permeance with essentially same activation energy for permeation, and stable operation, for CO2 permeation with simulated syngas (with the composition of 49.5%CO, 36%CO2, 4.5%N2, 10%H2) feed. The CO2 permeation fluxes of the tubular asymmetric membranes can be well described by the power-function flux equation. The analysis of CO2 permeation data with the model shows that the CO2 separation performance of the tubular asymmetric membranes can be further improved by optimizing the microstructure of ceramic porous supports. This work demonstrates that asymmetric SDC-carbonate dual-phase membrane has high potential for practical application in high temperature CO2 separation.

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CO 2 通过不对称薄管状陶瓷-碳酸盐双相膜渗透

摘要 陶瓷-碳酸盐双相致密膜是一种很有前景的高温CO2分离膜，具有显着的CO2渗透性和理论上无限的CO2选择性。本文报道了具有薄钐掺杂二氧化铈 (Ce0.8Sm0.2O1.9, SDC)-碳酸盐分离层和厚多孔 SDC-Bi1.5Y0.3Sm0.2O3- 的非对称管状双相膜的合成和 CO2 渗透性能δ (BYS) 支持。与厚膜（1.0-1.5 毫米）相比，不对称管状薄（0.12 毫米）双相膜具有更高的 CO2 渗透性和更低的渗透活化能。在 900 °C 和 1 atm 的 50%CO2/N2 进料下，薄膜的 CO2 渗透通量和渗透率达到 1.53 × 10−2 mol m−2 s−1（或 2.05 mL(STP) cm−2 min−） 1) 和 3.16 × 10-7 mol m-2 s-1 Pa-1，分别具有 62.5 kJ/mol 的渗透活化能。这些双相膜表现出略高的 CO2 渗透率，渗透活化能基本相同，并且稳定运行，用于模拟合成气（49.5%CO、36%CO2、4.5%N2、10%H2 组成）进料的 CO2 渗透. 管状非对称膜的 CO2 渗透通量可以用幂函数通量方程很好地描述。用该模型对CO2渗透数据进行分析表明，通过优化陶瓷多孔载体的微观结构，可以进一步提高管式非对称膜的CO2分离性能。这项工作表明，不对称 SDC-碳酸盐双相膜在高温 CO2 分离中具有很高的实际应用潜力。稳定运行，用于模拟合成气（49.5%CO、36%CO2、4.5%N2、10%H2组成）进料的CO2渗透。管状非对称膜的 CO2 渗透通量可以用幂函数通量方程很好地描述。用该模型对CO2渗透数据进行分析表明，通过优化陶瓷多孔载体的微观结构，可以进一步提高管式非对称膜的CO2分离性能。这项工作表明，不对称 SDC-碳酸盐双相膜在高温 CO2 分离中具有很高的实际应用潜力。稳定运行，用于模拟合成气（49.5%CO、36%CO2、4.5%N2、10%H2组成）进料的CO2渗透。管状非对称膜的 CO2 渗透通量可以用幂函数通量方程很好地描述。用该模型对CO2渗透数据进行分析表明，通过优化陶瓷多孔载体的微观结构，可以进一步提高管式非对称膜的CO2分离性能。这项工作表明，不对称 SDC-碳酸盐双相膜在高温 CO2 分离中具有很高的实际应用潜力。用该模型对CO2渗透数据进行分析表明，通过优化陶瓷多孔载体的微观结构，可以进一步提高管式非对称膜的CO2分离性能。这项工作表明，不对称 SDC-碳酸盐双相膜在高温 CO2 分离中具有很高的实际应用潜力。用该模型对CO2渗透数据进行分析表明，通过优化陶瓷多孔载体的微观结构，可以进一步提高管式非对称膜的CO2分离性能。这项工作表明，不对称 SDC-碳酸盐双相膜在高温 CO2 分离中具有很高的实际应用潜力。