新方法提高混合气体中氢气回收率

根据国外媒体报道，纯化氢气是冶炼金属、制造化肥以及为重型车辆的燃料电池提供动力等过程所需。但从氢气混合物中提纯或分离出氢气往往十分困难，需要多个步骤。宾夕法尼亚州立大学化学工程系副教授ChrisArges领导的研究小组通过使用新开发的膜材料，成功简化了这一过程。他们的方法可以从燃料气体混合物（合成气）中回收85％的纯氢气，并从传统的水气变换反应器出口处回收98.8％的纯氢气。该团队已在《美国化学学会-能源通讯》杂志中详细介绍了他们的方法。

传统的制氢方法使用水煤气变换反应器，该过程需要进行额外的步骤。首先将CO转化为CO2，然后在吸附过程中将氢气从中分离出来。最后，通过压缩机对净化后的氢气进行加压，以便立即应用或储存。而使用高温质子交换膜（PEMs）分离氢气比传统方法更快和更经济。通过使用PEM和Arges团队开发的新型电化学泵，该方法可以更有效地同时分离和压缩氢气从复合气体中。该方法最高可以运行在250摄氏度的温度下，比其他高温PEM型电化学泵高出20至70度，从而提高了氢气回收效率。

Arges是一种高效、可能节省成本的提取氢气方法。特别适用于高浓度一氧化碳混合物。该团队成功地从含40％一氧化碳的气体混合物中分离出纯净的氢气。为实现分离，Arges团队设计了一种“三明治”电极，由两个带相反电荷的电极作为“面包”，之间封装了膜材料作为“夹层”。电极离子体粘合剂材料则用于保持电极的结合。在气体泵中，带正电的电极将氢气分解成质子和电子。质子穿过膜，电子则通过泵的外部电线连接到带正电的电极。随后，质子穿过膜到达带负电的电极，与电子重新结合，形成氢气。

质子交换膜（PEM）的工作原理是可以容许质子传递，但会阻隔CO、CO2、CH4及N2等大分子物质。为了让氢气泵的电极有效运作，Arges及他的团队采用一种特殊的磷酸离子高分子粘接剂，将电极颗粒黏合在一起。这种纽带促成制造出具备强韧机械结构的多孔电极，可容许气体传输，换言之，氢气可在电催化剂表面实施反应，也可让质子进出膜层。