一种基于ZSM-5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法与流程

本发明属于电解制氢，涉及一种基于zsm-5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法，具体涉及一种以分子筛膜正渗透技术与电解制氢技术相结合的海水制氢新方法。

背景技术：

1、氢气是目前炙手可热的新能源，众所周知，水电解可以产生氢气，海水占地球全部水量的百分之九十以上，海水可以为氢气制备提供足够的原料。与淡水不同，海水成分非常复杂，海水中含有九十多种元素、微生物和颗粒等杂质，会导致制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题，因此海水直接电解制取氢气存在着巨大的挑战。将海水正渗透与电解制氢结合是一种新型的思路，常用的水电解制氢电解液多为强碱性的氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液(ph大于14)，但是目前商品化的正渗透膜材料多数为三醋酸纤维素(cta，ph适用范围为3-8)、聚酰胺薄层复合膜(tfc，ph适用范围为2-11)，其在碱性ph大于14的电解液中非常的不稳定，膜寿命小于24h，常规的商品化正渗透膜不适用于碱水电解制氢工艺。然而zsm-5分子筛膜在碱溶液中具有优异的化学稳定性，可以作为正渗透膜与电解海水制氢联用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于zsm-5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法，公开提供了一种将zsm-5分子筛膜作为正渗透膜与电解制氢相结合的海水制氢新方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于zsm-5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法，所述方法具体包括如下步骤：

4、s1.选取碱液为汲取液，海水为原料液，zsm-5分子筛膜为正渗透膜，在正渗透过程的海水侧施加0.5mpa的压力；海水在膜的一侧循环，汲取液在膜的另一侧循环，由于汲取液侧的渗透压大于海水侧的渗透压，海水中的水会透过zsm-5分子筛膜进入到汲取液中；

5、s2.将s1正渗透过程后的汲取液放到碱性电解槽中进行电解制取氢气，同时副产氧气；由于水的电解，汲取液质量减少，待汲取液质量达到正渗透前初始质量时，停止电解实验。

6、可选地，所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾，且所述碱液的浓度为2mol/l-8mol/l。

7、具体地，本发明公开了一种以zsm-5分子筛膜为海水正渗透过程的正渗透膜，正渗透汲取液为碱液，汲取液同时电解制备氢气的新型海水制氢方法；其原理如下：

8、汲取液的渗透压大于原料海水侧的渗透压，因此海水中的水会透过正渗透膜流向汲取液，同时对汲取液通电电解，汲取液中的水电解产生氢气和氧气。

9、其中，mfi分子筛膜在海水中具有非常高的稳定性，且耐酸耐碱；mfi分子筛膜包含silicalite-1分子筛膜和zsm-5分子筛膜两种，其中silicalite-1分子筛膜的分子筛孔道是疏水的，不适合作为正渗透膜使用；而zsm-5分子筛膜的分子筛孔道由于铝的引入具有一定的亲水性，适合作为正渗透膜使用。

10、此外，海水中含有泥沙、颗粒等杂质，因此用于本实验的海水需经过超滤预处理，去除水中的泥沙等固体颗粒，同时不改变海水的化学组成。

11、进一步地，本发明中所述的zsm-5分子筛膜的制备工艺如下：

12、将四丙基氢氧化铵tpaoh、硅酸四乙酯teos及硝酸铝配成的溶液，放入水热反应釜中，在180℃的烘箱中水热合成72小时，生成的分子筛颗粒作为晶种；

13、将晶种配置成2％的水溶液，旋涂到多孔不锈钢载体上(材质ss316、直径2cm、厚度3mm)；载体晶种层侧水平向上放置，放入盛有四丙基氢氧化铵tpaoh、硅酸四乙酯teos组成的二次生长液的水热反应中，在150℃烘箱中反应180min，然后取出，水淬到室温，样品用去离子水洗净后取出干燥后得到初始的分子筛膜；

14、将制得的分子筛膜放入同样的二次生长液中，微波条件下，分子筛膜侧水平向下放置175℃反应120min，取出后水淬到室温，用去离子水清洗，80℃干燥得到zsm-5分子筛膜。

15、更进一步地，晶种合成配方：四丙基氢氧化铵tpaoh、硅酸四乙酯teos、al(no3)3·9h2o与h2o的摩尔比为0.2：1：0.0025：90，

16、二次生长液配方：四丙基氢氧化铵tpaoh、硅酸四乙酯teos与h2o的摩尔比为0.2：1：200。

17、与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

18、1)与海水制氢技术相比，本发明将海水正渗透与电解制氢结合，解决了海水直接制氢过程中杂质离子浓度高、副反应多的问题；

19、2)本发明以zsm-5分子筛膜为正渗透膜，与常规商品化正渗透膜相比，在碱性电解液中膜寿命大大延长。

技术特征：

1.一种基于zsm-5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于zsm-5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法，其特征在于，所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾，且所述碱液的浓度为2mol/l-8mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种基于zsm-5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法，其特征在于，所述zsm-5分子筛膜的制备工艺如下：

4.根据权利要求3所述的一种基于zsm-5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法，其特征在于，晶种合成配方：四丙基氢氧化铵tpaoh、硅酸四乙酯teos、al(no3)3·9h2o与h2o的摩尔比为0.2：1：0.0025：90，

技术总结
本发明属于海水电解制氢技术领域，涉及一种基于ZSM‑5分子筛膜正渗透海水电解制氢的方法，具体公开一种以ZSM‑5分子筛膜为海水正渗透过程的正渗透膜，正渗透汲取液为碱液，汲取液同时电解制备氢气的新型海水制氢方法。

技术研发人员：马来波,路绍琰,孙康瑞,武海虹,王亮,柴澍靖,张文燕,王玉琪,张琦
受保护的技术使用者：自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15