[發明專利]一種高穩定性高滲透性雙相復合氧分離膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201810223485.9
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108854582A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 章珺瑜;王仲濤;武煜森;宮正;苗利娜;劉衛
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D67/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種高穩定性高滲透性雙相復合氧分離膜的制備方法，包括以下步驟：A)采用燃燒法一步合成制備Ce_0.8Sm_0.2O_2?δ–La_0.9Sr_0.1FeO_3?δ雙相復合粉體，δ為氧空位濃度；將所述雙相復合粉體與有機溶劑混合，得到雙相復合粉體漿料；B)將造孔劑與有機溶劑混合，得到造孔劑漿料；C)將所述雙相復合粉體漿料與所述造孔劑漿料依次流延至載帶表面，得到復合于所述載帶表面的流延層；將所述復合于所述載帶表面的流延層進行固化和干燥，得到生坯；D)將所述生坯進行燒結，得到高穩定性高滲透性雙相復合氧分離膜。

技術領域

本發明屬于功能陶瓷技術領域，具體涉及一種高穩定性高滲透性雙相復合氧分離膜及其制備方法。

背景技術

能源環境問題對人類的生存發展有著重要影響，為此人們致力于開發新型可替代能源，包括太陽能、核能、生物質能等，同時充分綜合利用現有的化石能源，探索先進的能源加工與轉化技術。每年工業需求的氧氣有超過100萬噸是從空氣分離得到，并且幾乎所有的大型清潔能源技術需要氧氣作為原料，因此這個市場將來會大規模擴張。許多國家為了能源安全以及減少溫室氣體尤其是二氧化碳的排放，大力發展煤的氣化和富氧燃料等清潔能源技術。目前從空氣中獲得氧氣的主要途徑是通過低溫分離。但是這項技術十分復雜，成本高昂并且能量消耗大。而在煤氣化或富氧燃料煤電廠前端耦合低溫空氣分離單元可能會使實際發電效率降低30％–40％。

基于氧離子和電子混合電導的致密陶瓷氧分離膜，由于在純氧生產，涉氧工藝如甲烷部分氧化制備合成氣，基于富氧燃料燃燒進行二氧化碳捕獲以及其他能源化工領域如膜反應器等有巨大應用前景，吸引了研究者們越來越多的關注。傳統的具有高透氧性能的透氧材料通常基于在鈣鈦礦材料中B位摻雜Co來實現，如(Ba,Sr)(Co,Fe)O_3-δ等，由于單相鈣鈦礦型陶瓷氧分離膜的穩定性缺陷極大地限制了它們的實際應用。近年來，由氧離子導電相和電子導電相組成的雙相復合膜具有高的穩定性以及相對高的透氧性能而被人們廣泛的研究。La_0.8Sr_0.2(Cr,Mn)O_3-δ和一些混合導體材料如Sm_0.6Sr_0.4FeO_3-δ等被系統的研究用于雙相復合膜的電子導電相。然而值得注意的是，鈣鈦礦型的電子導電相材料大多數含Co或Cr。通常，對于鉻基材料，鉻在高溫通常容易揮發并且具有毒性，這大大限制了鉻基材料的實用化。鈷基鈣鈦礦型氧化物具有比較大的熱膨脹系數，從而導致雙相復合膜結構不穩定，在熱循環中容易在膜內產生微裂紋，使膜失效。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種高穩定性高滲透性雙相復合氧分離膜及其制備方法，本發明提供的高穩定性高滲透性雙相復合氧分離膜在He、CO₂、CO氣氛下均具有良好長期穩定性以及高氧滲透性能。

本發明提供了一種高穩定性高滲透性雙相復合氧分離膜的制備方法，包括以下步驟：

A)采用燃燒法一步合成制備Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ–La_0.9Sr_0.1FeO_3-δ雙相復合粉體，δ為氧空位濃度；

將所述雙相復合粉體、粘結劑和分散劑與有機溶劑混合，得到雙相復合粉體漿料；

B)將造孔劑、粘結劑和分散劑與有機溶劑混合，得到造孔劑漿料；

C)將所述雙相復合粉體漿料與所述造孔劑漿料依次流延至載帶表面，得到復合于所述載帶表面的流延層；

將所述復合于所述載帶表面的流延層進行固化和干燥，得到生坯；

D)將所述生坯進行燒結，得到高穩定性高滲透性雙相復合氧分離膜。