[發明專利]多層復合陶瓷氧滲透膜及其制備和應用

有效

• 申請號: 201310194824.2
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103272488A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 金萬勤;姜威;張廣儒;劉鄭堃;張凱;徐南平
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/12;B32B18/00;B01D53/22;C01B13/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種多層復合陶瓷氧滲透膜及其制備和應用。具體涉及一種多層復合陶瓷膜及其制備和將該復合膜用于膜反應，可同時獲得高的氧滲透性能及良好的化學穩定性。

技術背景

混合導體(Mixed?Ionic?Electronic?Conductor,MIEC)氧滲透膜是一類高溫下同時具有氧離子及電子導電性能的陶瓷膜，此類膜材料不需要外加電路就可連續不斷的進行氧傳遞過程。由于它是通過晶格振動的形式來實現氧的傳遞，理論上對氧具有100%的選擇性，可直接用于氧氣分離。作為一種重要的氣體分離膜，自上世紀80年代中期開始，經過多年的研究，涌現出大量優秀的混合導體氧滲透膜材料，尤其是針對在不同應用體系，開發出多種具有較高穩定性的新型混合導體材料。使得此類材料的應用從最初的氧分離進一步擴展到膜反應器、燃料電池、化工產品合成及污染物控制當中，顯示了廣泛的應用前景。

但是若要將此類混合導體材料用于實際工業生產中必須滿足兩個基本要求。

(1)在實際膜反應過程中有高的氧滲透性能；

(2)在還原性氣氛或含CO₂、H₂S等氣氛中有良好的化學穩定性，使混合導體膜能被長時間操作；

然而單層混合導體膜反應器很難同時滿足這兩個基本要求。為此，研究者們不斷提出新的解決思路。通常情況下，高氧通量的膜材料都含有Co元素，為了增強其化學穩定性，研究者提出在其B位引入高價態的離子(如Zr⁴⁺,Nb⁵⁺,Ga³⁺,Al³⁺,Ti⁴⁺等)或是直接在含Co材料上進行穩定氧化物(如Al₂O₃,ZrO₂,SrAl₂O₄等)的摻雜。這種方法是含Co材料的化學穩定性得到一定的增強，在反應過程中，膜免不了會遭受氣氛的腐蝕，并沒有從根本上解決穩定性的問題。

鑒于Co對于材料結構及化學穩定性的影響，近年來開發了許多無鈷混合導體材料，如SrAl_xFe_1-xO_3-δ,(Ba_1-xSr_x)(Fe_1-yM_y)O_3-(M:Mn,Cu,Zn,Mo),AE(Fe_1-yM_y)O_3-(AE:Ba,Sr;M:Ce,Zr,Al,Ti),La_0.6Sr_0.4Fe_0.4Ga_0.6O_3-,La_0.8Sr_0.2(Ga_0.8Mg_0.2)_0.6Cr_0.4O_3-La_0.85Ce_0.1Ga_0.3Fe_0.65Al_0.05O_3-.這些材料在穩定性方面尤其是在還原氣氛中的穩定性有了大幅度的提升，但是卻犧牲掉了較多的氧滲透性能。