SDC-SSF支撑型透氧膜的制备及透氧性能研究

首先通过液相一锅合成法合成了Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(2-δ)(80%)-Sm_(0.6)Sr_(0.4)FeO_(3-δ)(20%)(SDC-SSF)萤石-钙钛矿双相透氧膜材料,进而采用盐酸刻蚀法制备了对称支撑型SDC-SSF双相透氧膜组件.SEM表征表明,通过酸刻蚀法可以一步制备出具有三层结构的对称支撑型SDC-SSF双相透氧膜片,其同时具有两层多孔载体与一层致密透氧功能层.XRD和SEM-EDS分析表明,通过盐酸刻蚀可以有效滤出SDC-SSF双相透氧膜中的SSF钙钛矿粒子,而SDC萤石相粒子却可完好保存从而自发形成双面多孔支撑体.透氧实验表明,基于盐酸刻蚀法制备对称支撑型透氧膜有利于提升SDC-SSF双相透氧膜的透氧量,其中刻蚀时间为28 h的SDC-SSF支撑型透氧膜在950℃时透氧量达到了0.49 mL/(cm~2·min),在SDC支撑体中浸渍铂催化剂后其透氧量进一步增加到0.81 mL/(cm~2·min).     

K0.1Sr0.9Co0.8Fe0.2O3-δ透氧膜材料的合成及透氧性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了一种新型钾离子掺杂钙钛矿透氧膜材料K_(0.1)Sr_(0.9)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(KSCF),并系统考察了该透氧膜材料的透氧量、稳定性和速率控制步骤等.XRD表征显示,钾离子在钙钛矿A位掺杂量低于或等于10%不会改变KSCF立方钙钛矿结构.SEM分析显示,KSCF膜片在1 220℃焙烧可高度致密,并且KSCF长期放置仍然保持了高机械强度,不会出现类似SrCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(SCF)材料的粉化解体.氧渗透实验结果表明,操作温度的升高、膜片厚度的降低以及吹扫气流速的增加均有利于膜片透氧量的提升,厚度为0.5 mm的KSCF膜片在950℃时的透氧量可达2.65 mL/(cm~2·min).对比实验表明,基于同样测试条件KSCF透氧膜的透氧量比SCF材料的透氧量更高.通过对KSCF膜片的速率控制步骤考察可以发现,当KSCF透氧膜膜片厚度低于0.7 mm时,其透氧过程为表面交换控制,当膜片厚度高于0.7 mm时,其透氧过程则会转化为体相扩散控制.     

混合体型氧透膜材料的研究

研究了具有氧离子导电性和电子导电性的钴系钙钛矿型复合氧化物混合电体材料中氧的选择性透过能力，考察了该体系中Ａ位低价金属离子置换置、置换金属离子的种类及Ｂ位置换金属离子的种类对氧的透过率的影响。结果表明：改变钙钛矿型复合氧化物的组成，提高材料中氧空位浓度和氧离子导电率，有利于提高氧离子的扩散速度，即提高氧的透过率和降低氧透过的起始温度。将钙钛矿型复合氧化物混合导电体氧透膜与固体电解质氧透膜进行了比较     

直孔三明治结构GDC-LSF双相复合透氧膜制备和性能研究

致密陶瓷透氧膜因在氧气制备和涉氧化工过程中的潜在重要应用而备受关注。本研究采用相转化流延/叠层/烧结工艺制备了三明治结构Gd_0.1Ce_0.9O_2–δ-La_0.6Sr_0.4FeO_3–δ(GDC-LSF)双相复合陶瓷透氧膜,其中部为起氧分离作用、厚度80μm的致密功能层,两侧为厚度420μm的直孔结构支撑层。采用浸渍法在支撑层内壁修饰Nd₂NiO_4+δ(NNO)纳米颗粒。在膜的一侧通入空气,另一侧通入氦气作为载气,测得900℃时氧渗透通量高达1.53 mL·cm^-2·min^-1。将氦气切换为CO₂,测得氧渗透通量为0.6mL·cm^-2·min^-1,氧渗透在长达90h的时间内保持稳定。该透氧膜经历70余次热循环(800～900℃)后仍保持完好。本研究表明:直孔三明治结构GDC-LSF透氧膜具有良好的氧渗透性能、...     

混合导电体型氧透膜材料的研究

研究了具有氧离子导电性和电子导电性的钴系钙钛矿型复合氧化物混合导电体材料中氧的选择性透过能力,考察了该体系中 A 位低价金属离子置换量、置换金属离子的种类及 B 位置换金属离子的种类对氧的透过率的影响.结果表明:改变钙钛矿型复合氧化物的组成,提高材料中氧空位浓度和氧离子导电率,有利于提高氧离子的扩散速度,即提高氧的透过率和降低氧透过的起始温度.将钙钛矿型复合氧化物混合导电体氧透膜与固体电解质氧透膜进行了比较,前者具有结构简单的优点,有希望成为一种新型高温氧分离膜介质材料.     

混合导体透氧膜材料的开发及应用

介绍开发的混合导体透氧膜材料ZrO2掺杂的SrFe0.6Co0．4O3-δ类钙钛矿型氧化物及Sr(Co，Fe，Zr)O3-δ系列钙钛矿型氧化物的晶体结构、氧渗透性能、稳定性，以及应用于甲烷部分氧化制合成气膜反应器的性能，并就今后研究开发方向作了探讨．     

系统选择钙钛矿型透氧膜材料

提出了一套系统选择具有高透氧能力、结构稳定性及热化学稳定性的钙钛矿型混合氧离子电子导体透氧膜材料的策略,在此策略指导下开发出了若干新的导体膜材料．采用了标准陶瓷法、络合法等对材料进行了合成,采用色谱法及Ｘ射线粉末衍射法分别对其透氧性能与稳定性进行了测定与表征,并将其与几种典型透氧膜材料进行了比较．结果表明此系列新材料确实具有预期的透氧性能与结构和热化学稳定性．典型材料,Ｂａ０．5Ｓｒ０．５Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２Ｏ３－δ导体膜在８５０℃下透氧量达１．１６ｍＬ［ＳＴＰ］·ｃｍ－２·ｍｉｎ－１,并在长达１０００多小时的测定中保持稳定的透氧能力．     

系统选择钙钛矿型透氧膜材料

提出了一套系统选择具有高选氧能力、结构稳定性及热化学稳定性的钙钛矿型混合氧离子电子导体透氧膜材料的策略,在此策略指导下开发出了若干新的导体膜材料,采用了标准陶瓷法、络合法等对材料进行了合成,采用色谱法及X射线粉末衍射法分别对其透氧性能与稳定性进行了测定与表征,并将其与几种典型透氧膜材料进行了比较。结果表明此系列材料确实具有预期的透氧性能与结构和热化学稳定性。典型材料,Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ导体膜在850℃下透氧量达1.16mL[STP],cm^-2.min^-1,并在长达1000多小时的测定中保持稳定的透氧能力。     

LSCF系钙钛矿型致密透氧膜的制备及其透氧性能

通过柠檬酸-EDTA络合法合成了不同的A位Sr取代的LSCF系钙钛矿型粉体材料La0.1Sr0.9Co0.8Fe0.2O3-δLa0.3Sr0.7Co0.8Fe0.2O3-δLa0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ和La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ采用XRD测试手段对粉体及膜片的晶体结构进行了表征.用静压片法制备透氧膜,并测定了LSCF系钙钛矿膜的透氧量,分析了温度和A位Sr不同掺杂量等因素对膜透氧性能的影响.结果表明,该系列膜的透氧量均随着温度升高而增大,随着Sr掺杂量的增加而增大.并在850℃下对透氧膜100h透氧稳定性进行实验研究,结果表明,膜片的透氧量随时间没有明显变化,表现出良好的稳定性.     

NVP-HEMA角膜接触镜材料的透氧性能

以过氧化二苯甲酰(BPO)为引发剂，N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)在一定温度下共聚得水凝胶，可作为软性角膜接触镜材料．实验发现，随NVP含量的增大，水凝胶的含水量越大，透氧性增大，水凝胶材料的透氧率(Dk／L)的倒数与其厚度成正比．并自行设计了一套角膜接触镜材料透氧性能的测试装置、     

高硅氧/有机硅透波材料性能研究

对低残炭率甲基硅树脂基透波复合材料进行了介电性能和力学性能研究,结果表明,采用低残炭率甲基硅树脂作为透波材料基体研制的透渡复合材料的介电性能优良,经低于1600℃高温处理后,在电磁波频率为9.30GHz时测试的介电常数小于3.5,透波率高达90%以上.采用甲基硅树脂研制的透波材料克服了传统树脂基透波材料耐热性差、强度低的缺点,是集防热、承载、透波和抗烧蚀等功能一体化的较理想的耐高温多功能透波复合材料.     

焦炉煤气部分氧化重整制氢用透氧膜材料的研究

为了研究混合导体透氧膜材料用于焦炉煤气(COG)部分氧化重整制氢的可行性,本文通过XRD研究了BaCo_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)(BCFN)和Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(BSCF)材料在高温H_2、CO_2气氛条件下相成分的变化;通过TG研究材料在不同气氛和温度条件下的重量变化;通过四电极法对透氧膜材料总电导率随温度的变化规律进行了研究;同时研究了透氧膜材料在焦炉煤气部分氧化重整条件下的透氧量。研究结果表明, BCFN比BSCF在H_2和CO_2气氛下具有更好的高温化学稳定性。BCFN中加入YSZ后,制备出了两相混合导体材料,可显著提高BCFN的高温化学稳定性能和力学性能,但YSZ的加入量>5%时,材料的电导率会明显下降,将会降低材料的透氧性能。     

Ag-Cu钎料与双相陶瓷透氧膜的润湿和界面反应研究

用座滴法测试Ag-Cu合金钎料对Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ-NdBaCo₂O_5+δ(CGO-NBCO)双相透氧膜的润湿性, 利用SEM-EDS分析润湿和界面反应机理。结果表明: 空气条件下Ag-Cu合金与CGO-NBCO间的润湿遵从界面反应润湿机制。随着Cu含量的增加, Ag-Cu合金对透氧膜润湿性能提高, Cu含量为6.6mol%~15.8mol%时, 润湿角在35°~20°左右。在润湿界面处出现Cu氧化物的富集, 并且在透氧膜侧生成一层由Cu氧化物和CGO-NBCO双相透氧膜反应产生的Ba-Cu-O、Co-Cu-O和Nd-Ce-Cu-O等复杂氧化物相构成的产物层, 新的界面反应层的生成有利于Ag基合金钎料的润湿, 改善了钎料的润湿性能。     

陶瓷中空纤维透氧膜的制备与性能

应用相转化法制备了La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-α(LSCF)氧离子-电子混合传导陶瓷中空纤维膜, 该陶瓷中空纤维膜具有由多孔层和致密层组成的非对称结构. 经 1300℃的4h烧结后, 可得到致密的LSCF陶瓷中空纤维膜. 烧结后, LSCF粒度变大而其钙钛矿型晶相结构没有发生变化. LSCF中空纤维膜的透氧速率大大高于一般管式膜的氧透量.     

La2NiO4＋δ透氧膜材料的结构特点与性能

讨论了La2NiO4＋δ透氧膜材料的结构特点及氧渗透性能,对La2NiO4_ δ试样电子衍射谱的分析表明,其结构中由于填隙氧离子的存在及其有序化,出现了超结构现象,并根据此结构对衍射谱进行了指标化,同时探讨了结构特点与透氧机制之间的关系。     

BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ透氧膜材料的性能研究

为了研究BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)透氧膜材料用于焦炉煤气(COG)部分氧化重整制氢的可行性,通过XRD研究了BCFN材料在H2、CO2条件下相成分的变化;通过TG研究材料在不同气氛和温度条件下的重量变化;通过4电极法对BCFN总电导率随温度的变化规律进行了研究;同时研究了BCFN材料作为透氧膜在焦炉煤气部分氧化重整条件下的透氧量.研究结果表明,BCFN比Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)在H2和CO2气氛下具有更好的高温化学稳定性.BCFN材料呈现p型导电的特征,600℃总电导率达到3.6S/cm,600～650℃之间因为晶格中氧的脱附消耗了大量电子孔穴而导致总电导率有所降低,650℃之后电导率随温度升高缓慢增加.1mm厚的BCFN透氧膜材料在870℃,焦炉煤气(COG)吹扫量为44ml/min下的透氧量为5.5ml/(min·cm2),可满足焦炉煤气(COG)部分氧化重整制氢的需要.     

致密透氧膜的研究进展

介绍了混合导体致密透氧膜透氧机理，讨论了目前研究开发的钙钛矿型和类钙钛矿型透氧膜材料的性能。指出透氧膜材料的高温稳定性，高氧通量是需要解决的主要问题；提出了透氧膜反应器的应用及存在问题，并就致密透氧膜材料的应用前景进行了探讨。     

BCFNO透氧膜反应器所用催化材料的选择分析

透氧膜反应器稳定性除受膜材料本身性能和膜反应器所处气氛影响外,重整过程所用催化剂与膜材料的反应问题同样值得关注。以透氧膜反应器焦炉煤气甲烷部分氧化重整用BCFNO膜材料为研究对象,分别通过SEM和XRD分析Al2O3、MgO、YSZ、β分子筛、TiO2等催化载体材料与BCFNO透氧膜材料的长时间反应情况,目的是为BCFNO透氧膜反应器所用催化剂材料选择提供依据。实验结果表明β分子筛、Al2O3和TiO2容易与BCFNO透氧膜材料反应形成新的相。MgO也与BCFNO反应,但反应较小,YSZ不与BCFNO发生反应。     

钙钛矿型氧化物混合导体透氧膜材料的选择

在总结文献和实验数据的基础上提出了选择高性能钙钛矿型氧化物混合导体透氧膜材料的策略，应用此策略对几种钙钛矿型透氧膜材料的性能作了合理的解释，并在此基础上开发了具有高透氧量的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ材料和具有长期稳定性的BaCo0.4Fe0.4Zr0.2O3-δ材料。     

双相中空纤维膜的氧渗透模拟计算研究

采用相转化/烧结技术制备了致密的Bi_1.5Y_0.3Sm_0.2O₃-La_0.8Sr_0.2MnO_3–d双相复合陶瓷中空纤维膜. 所得的中空纤维膜具有非对称结构, 靠近膜管内表面部分是指状孔结构, 而靠近膜管外表面则是非常致密的结构. 中空纤维膜的内部尾端的氧气含量与膜管内外的氧分压、纤维膜的长度等有很大的关系. 由于随着氧气的渗透, 膜管内的氧分压沿轴向是增大的, 可以将膜管均分为n段, 采用活塞式流动模型结合Wagner氧渗透理论对双相复合中空纤维膜的氧渗透过程进行了模拟, 模拟结果和实测的相符合, 对于估算膜组件的氧气生产能力具有很好的指导意义.