[發(fā)明專利]一種耐CO2鈣鈦礦型透氧膜材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510399204.1
• 申請日: 2015-07-09
• 公開（公告）號: CN105016714A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳成章;張星星;周建芳;何大亮;唐霞;丁偉中
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C04B35/01
• 分類號: C04B35/01;C04B35/622;B01D71/02;B01D67/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種耐CO₂鈣鈦礦型透氧膜材料及其制備方法，屬功能陶瓷制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，國內(nèi)對煤炭、石油、天然氣等能源需求不斷增長。大量的化石燃料消耗勢必導(dǎo)致CO₂排放量猛烈增長，進(jìn)而引發(fā)溫室效應(yīng)的急劇增加。盡管國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)在不斷優(yōu)化升級中，但我國以煤炭為主，富煤貧油的能源格局仍長期保持不會改變。現(xiàn)實的能源問題和緊迫的環(huán)境問題要求徹底解決這個問題，一種有效的方式是將二氧化碳從工業(yè)生產(chǎn)或相關(guān)能源產(chǎn)業(yè)的排放源中捕集并存儲起來。而針對二氧化碳的捕集和封存技術(shù)研究也正在受到研究者們越來越多的關(guān)注。目前，二氧化碳捕集和封存的途徑主要有三種類型：燃燒后捕獲（煙氣分離，成本較高）、燃料前捕獲（煤氣化重整，成分技術(shù)復(fù)雜）和富氧燃燒捕獲（操作便利，成本較低）。

經(jīng)研究表明，在當(dāng)前針對二氧化碳的捕獲存儲應(yīng)用途徑中，富氧燃燒技術(shù)因被認(rèn)為是最適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的方法，因而受到了高度關(guān)注。用純氧代替空氣對化石能源進(jìn)行充分燃燒，可以使碳氧化合物完全轉(zhuǎn)化并大大減少氮氧化物的排放，且產(chǎn)生的尾部氣體也仍以水蒸氣、CO₂為主，通過換熱、冷卻和壓縮清除水汽后可以得到用于捕獲封存的高純度CO₂。

混合導(dǎo)體透氧膜是一類重要的致密無機(jī)膜，其離子電子導(dǎo)體鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)能夠?qū)諝庵械难鯕膺M(jìn)行100%選擇性滲透，且在連續(xù)制氧的過程中能大幅節(jié)省生產(chǎn)成本及降低能源消耗。因而，將富氧燃燒方法與透氧膜技術(shù)相結(jié)合可極大地降低CO₂的捕獲成本，適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)推廣。但在富氧燃燒過程中，在通入氣體前常利用混合導(dǎo)體透氧膜進(jìn)行氧氣分離時混入一部分CO₂?氣體作為吹掃氣在降低氧分壓提高氧通量的同時控制燃燒溫度降低能源消耗，因此要求透氧膜材料在具有高透氧速率的同時，還要有較高的耐CO₂腐蝕穩(wěn)定性能。針對這種情況，我們從具有高透氧量的BaCo_0.88Nb_0.12O_3-δ材料入手，通過借助La元素高價態(tài)低半徑的弱堿性特點，在A位部分摻雜一定比例稀土元素La，在此基礎(chǔ)上B位摻雜不同比例的變價Fe元素，兼顧材料透氧及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，固相合成制備Ba_0.8La_0.2Co_0.88-xFe_xNb_0.12O_3-δ透氧膜材料，實現(xiàn)在CO₂氣氛條件下透氧穩(wěn)定性能的提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在與提供一種耐CO2鈣鈦礦型透氧膜材料及其制備方法。

本發(fā)明一種耐CO₂鈣鈦礦型透氧膜材料，其特征在于具有下述的元素組成：Ba_0.8La_0.2Co_0.88-xFe_xNb_0.12O_3-δ;其中，摩爾分?jǐn)?shù)x=0.1~0.5。

本發(fā)明一種耐CO₂鈣鈦礦型透氧膜材料的制備方法，其特征在于具有以下過程如步驟：

a、按上述化學(xué)表達(dá)式各組分元素的原子摩爾分?jǐn)?shù)比（即化學(xué)計量比）稱取分析純原料BaCO₃、LaCO₃、Co₃O₄、Fe₂O₃、Nb₂O₅；按照一定的質(zhì)量比即料:?酒精=1:0.4和料:鋯球=（2~2.5）:1分別用作球磨分散介質(zhì)和細(xì)磨轉(zhuǎn)子，進(jìn)行48?h濕混充分均勻混合、初次球磨。烘干后，在200-250?MPa壓力下塊狀成型，將塊狀素坯在1070~1190?℃下焙燒使充分預(yù)成相。

b、預(yù)燒成相后，粉體材料過篩后，進(jìn)行36?h行星式酒精濕混二次球磨，使粉體粒徑保持在1.8~2?μm之間，干燥后得到單相預(yù)成相粉體。

c、向上述粉體中加入適量的分散劑油酸和粘結(jié)劑羧甲基纖維素鈉;?粉體、分散劑和粘結(jié)劑按照100：(0.25?~?0.55)：(0.45?~?0.65)?的質(zhì)量比先后加入，充分均勻混合;?并利用鋼制磨具在100~210?MPa壓力下保壓90?s后分別成型，將得到的2-4?mm厚度的圓片素坯在1170~1270?℃燒結(jié)8~10?h得到鈣鈦礦型透氧膜片。

附圖說明