[發(fā)明專利]一種混合導(dǎo)體透氧膜的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810826658.6
• 申請(qǐng)日: 2018-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108854574A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉茂龍;張桂芳;李靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佛山皖陽(yáng)生物科技有限公司
• 主分類號(hào): B01D67/00
• 分類號(hào): B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02;B01D53/22
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本發(fā)明涉及一種混合導(dǎo)體透氧膜的制備方法，屬于陶瓷膜技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用浸漬法在多孔層生坯膜片內(nèi)壁上沉積了具有高催化活性的稀土納米顆粒，會(huì)在多孔層生坯膜片內(nèi)壁上形成不同致密度的生坯膜片，再將其層疊熱壓后燒結(jié)，形成具有梯度結(jié)構(gòu)的透氧膜，在高溫下可同時(shí)傳導(dǎo)氧離子和電子，在膜兩側(cè)氧濃度梯度存在的條件下，可以直接從空氣中分離氧氣，并隔絕氮?dú)饣蚱渌麣怏w，而且氧滲透過(guò)程溫和，可以有效緩解催化劑局部過(guò)熱導(dǎo)致的失活問(wèn)題，通過(guò)在透氧膜多孔層生坯膜片內(nèi)壁上沉積了具有高催化活性的稀土納米顆粒作為支撐骨架，形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)格，增加電化學(xué)反應(yīng)活性位點(diǎn)，具有良好的催化活性，有效改善透氧膜的穩(wěn)定性差和透氧率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混合導(dǎo)體透氧膜的制備方法，屬于陶瓷膜技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近些年來(lái)，隨著清潔能源技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)冄醯男枨笠苍诓粩嘣鲩L(zhǎng)，因此給氧氣生產(chǎn)制備過(guò)程提出了巧高要求。基于致密陶瓷混合導(dǎo)體透氧材料的膜分離器，因?yàn)楣に嚭?jiǎn)單、能耗低、污染少等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是傳統(tǒng)高耗能、低效率加壓冷凍分離技術(shù)的理想替代方案。但是，近些年隨著這種新型致密陶瓷混合導(dǎo)體透氧膜的發(fā)展，材料的選擇和設(shè)計(jì)卻不能滿足工業(yè)生產(chǎn)提出的嚴(yán)苛要求，始終不能擺脫在某方面性能上做出妥協(xié)的窘境。

目前，許多大規(guī)模清潔能源技術(shù)和化工過(guò)程，比如甲烷部分氧化制合成氣、富氧燃燒、冶金和醫(yī)療等，都需要大量的純氧作為原料氣體，因此使得基于空氣分離技術(shù)的純氧制備過(guò)程變得越加關(guān)鍵目前傳統(tǒng)的空氣分離技術(shù)主要采用加壓冷凍空氣分離的方法生產(chǎn)純氧，過(guò)程中需要保證極低的溫度和很高的壓力，使得生產(chǎn)過(guò)程耗費(fèi)大量的能源，并且不得不投入高昂的建設(shè)費(fèi)用。研究人員通過(guò)估算發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)加壓冷凍分離技術(shù)，如果利用氧離子-電子混合導(dǎo)體透氧膜分離技術(shù)制備純氧，可減少35%以上的生產(chǎn)和建造成本。如果與富氧燃燒或者甲烷部分氧化制合成氣過(guò)程整合聯(lián)用，甚至可以節(jié)約50%的能源消耗。除此之外，還展現(xiàn)出高選擇性、工藝簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好、安全等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有前景的新型純氧分離技術(shù)。

作為氧分離膜反應(yīng)器的核也部件，高性能的混合導(dǎo)體透氧膜材料成為整個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵。在高溫運(yùn)行過(guò)程中，不僅要保證具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)，還需要具有合理的材料成本和優(yōu)秀的透氧性能，所以探索開(kāi)發(fā)一種兼具化學(xué)穩(wěn)定性和透氧性能的新型混合導(dǎo)體透氧膜材料，對(duì)促進(jìn)氧分離技術(shù)的發(fā)展、提高工業(yè)生產(chǎn)效率、降低能源消耗、保護(hù)地球環(huán)境具有十分重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有透氧膜材料穩(wěn)定性差、透氧率低的問(wèn)題，提供了一種混合導(dǎo)體透氧膜的制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

（1）取導(dǎo)體材料中各元素的碳酸鹽或氧化物球磨至粉體粒徑為100～1000nm，得混合粉體；

（2）將混合粉體、溶劑、粘合劑和造孔劑攪拌混合成紡絲液；

（3）將紡絲液真空脫泡后注入紡絲機(jī)中紡織成膜，并在去離子中浸泡20～24h，得生坯膜片；

（4）將生坯膜片切割成直徑為16～20mm的圓片，取3塊圓片分別浸漬在浸漬液中，控制浸漬量為4%、8%、4%，得浸漬生坯膜片；

（5）將生坯膜片按照浸漬量0%、4%、8%、4%、0%依次層疊并熱壓后置于燒結(jié)爐中保溫?zé)Y(jié)，冷卻至室溫后得混合導(dǎo)體透氧膜。

步驟（1）所述導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)和組成為BaBi_0.05Co_0.95-xZr_xO_3-δ（0＜x＜0.5、0＜δ＜0.5）。

步驟（2）所述溶劑為N-甲基-2-吡咯烷酮、乙醇、異丙 醇、正丁醇中的一種或幾種的混合物。

步驟（2）所述粘合劑為聚砜、聚乙烯醇、羧甲基纖維素中的一種或兩種的混合物。