[发明专利]钯和铌掺杂的有机无机杂化SiO2膜的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种钯和铌掺杂的有机无机杂化SiO₂膜的制备方法，尤其涉及在H₂/CO₂、H₂/N₂和H₂/CH₄等气体分离领域内Pd,Nb-hybrid SiO₂膜的制备方法。该膜在氢的制备、提纯，CO₂捕集，CH₄纯化等工业化应用中将具有广泛的应用前景，如甲烷水蒸气重整反应，水煤气变换反应，合成氨原料气的纯化，加氢脱氢反应等。

背景技术：

我国面临严峻的能源问题，主要是能源利用率低和过分依赖煤炭导致环境污染严重。因此，开发洁净能源、提高能效，是国家的重大战略需求。氢作为一种能源有许多优点，如燃烧性能好、燃烧速度快、无毒、清洁等。氢能通过燃料电池可以方便地转化成电能，具有较高的能源效率。它还是一种理想的车用能源，国际上公认氢燃料汽车将是未来解决城市大气污染的最重要途径之一。与矿物能源不同，氢能是可再生的，它无疑是人类的未来能源。氢的分离有膜法、变压吸附（PSA）法、深冷法等，其中膜分离技术具有投资省、占地少、能耗低、操作方便等特点，是目前极具前景的气体分离技术。而目前限制气体分离膜工业化应用的关键在于对工业化条件下稳定性较强的膜材料的选择。与有机膜相比，无机膜因具有耐高温、耐高压、耐腐蚀等优点，且具有较好的渗透性和选择性，在气体分离领域和膜催化反应器中都有巨大的应用潜力。微孔SiO₂膜作为其中的一种无机膜材料，具有独特的微孔结构且制备过程较简便，一直以来被广泛关注并被认为是目前最具前景的气体分离膜材料之一。但是微孔SiO₂膜在真实的工业应用环境中，如水蒸气环境、强酸体系中的稳定性很差，无法实现渗透选择性及稳定性的统一。为了提高其水热稳定性，膜领域的学者们采用在微孔SiO₂膜中引入疏水性基团、掺杂过渡金属及其氧化物等方法，来提高微孔SiO₂膜的水热稳定性。过渡金属氧化物掺杂后形成的混合氧化物网络比氧化硅结构更为稳定，有效地提高了SiO₂膜的水热稳定性。然而，金属氧化物掺杂的复合SiO₂膜的孔结构致密，H₂渗透率急剧下降。Boffa等采用五正丁氧基铌（NPB）和正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体制备得到Nb-SiO₂膜，H₂渗透率仅为3.910^-8mol·m^-2·s^-1·Pa^-1。而实际的工业过程如水煤气变换反应、甲烷水蒸气重整反应等，要求膜对工业气体（H₂、CO₂、O₂、N₂、CH₄、CO）中同时具有H₂的高渗透率，及H₂/CO₂、H₂/N₂和H₂/CH₄的高分离性能。

发明内容：

本发明的目的是为了提高膜对H₂渗透率及H₂/CO₂、H₂/N₂和H₂/CH₄的分离性能，解决工业气体中（H₂、CO₂、N₂、CH₄等）中H₂的高效分离问题而提出的一种钯和铌掺杂的有机无机杂化SiO₂膜的制备方法。

本发明的技术方案为：一种钯和铌掺杂的有机无机杂化SiO₂膜的制备方法，其具体步骤为：

a.Pd,Nb-hybrid SiO₂溶胶的合成