[發(fā)明專利]摻雜La元素和Cu元素的BaFeO3-δ

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811419252.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109437882B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙海雷;劉子露;李魁;杜志鴻;張旸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/40
• 分類號(hào): C04B35/40;C04B35/622;B01D53/22
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明屬無(wú)機(jī)膜材料領(lǐng)域，涉及一種A位摻雜La元素、B位摻雜Cu元素的BaFeO_3?δ基陶瓷透氧膜材料及其制備方法。Ba_0.975La_0.025FeO_3?δ的B位摻雜Cu元素，材料的化學(xué)分子式為Ba_0.975La_0.025Fe_1?xCu_xO_3?δ，其中0.05x0.3。將物料溶解在去離子水中，并加入HNO₃攪拌后加入檸檬酸和乙二胺四乙酸，隨后將該混合溶液在60?100℃水浴蒸發(fā)至膠體，并將該膠體在200?400℃下加熱引燃、得到粉體；將制備好的粉體在400?900℃空氣氣氛中處理，待冷卻至室溫后研磨、干壓成型。將壓制成的樣品在空氣氣氛中升溫至1000?1200℃，保溫4?15小時(shí)后，燒結(jié)制成致密的Ba_0.975La_0.025Fe_1?xCu_xO_3?δ透氧膜產(chǎn)品。本發(fā)明制備出的透氧膜材料結(jié)構(gòu)致密、透氧率高、穩(wěn)定性好，綜合性能優(yōu)異，能夠應(yīng)用于甲烷部分氧化反應(yīng)的連續(xù)供氧及其他含氧氣體中氧氣分離和提純的工業(yè)過(guò)程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬無(wú)機(jī)膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種A位摻雜La元素、B位摻雜Cu元素的BaFeO_3-δ基陶瓷透氧膜材料。

背景技術(shù)

透氧膜材料是一類能同時(shí)傳導(dǎo)電子和氧離子的混合導(dǎo)體材料。高溫下，當(dāng)膜兩側(cè)存在氧濃度梯度時(shí)，由于此類材料具備高的電子和氧離子導(dǎo)電性，氧能以氧離子的形式通過(guò)氧空位傳輸?shù)侥さ牧硪欢耍侍沾赏秆跄ぞ邆涓叩难踹x擇滲透能力。因而透氧膜材料可以廣泛的運(yùn)用于甲烷的部分氧化制合成氣(H₂/CO)、富氧燃燒、純氧制備和固體氧化物燃料電池陰極等領(lǐng)域。

利用透氧膜材料作為甲烷部分氧化過(guò)程的膜反應(yīng)器，省去了繁瑣的制純氧過(guò)程和昂貴的制純氧成本，與傳統(tǒng)工藝相比具有生產(chǎn)成本低、能源消耗少、工藝步驟簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在甲烷部分氧化過(guò)程中，透氧膜的工作條件非常惡劣，其兩端存在巨大的氧濃度差異，并且一直處于高溫環(huán)境中，這對(duì)透氧膜材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出了苛刻的要求。然而研究發(fā)現(xiàn)，透氧膜材料的氧氣滲透率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性存在矛盾特點(diǎn)，高的透氧率常常伴隨較差的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，為促進(jìn)透氧膜材料在膜反應(yīng)器中的實(shí)際應(yīng)用，開(kāi)發(fā)透氧率高和長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的新型透氧膜材料成為目前研究的重點(diǎn)。

ABO₃鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料因具有較高的電子和氧離子傳輸能力而成為混合導(dǎo)體透氧膜最理想的一種結(jié)構(gòu)。Co基材料因其Co-O鍵對(duì)氧離子較弱的束縛作用，有較高的氧空位濃度，因而具備高的透氧率，而被人們廣泛研究。但是Co基材料的抗還原能力差，在高溫、低氧分壓下易被還原，發(fā)生結(jié)構(gòu)分解和變化，并且由于Co元素價(jià)態(tài)的變化同時(shí)伴隨著離子半徑的變化，導(dǎo)致Co基透氧膜材料的體積變化較大，服役過(guò)程易發(fā)生機(jī)械開(kāi)裂引起的功能失效。此外，Co普遍昂貴且有毒性，使其在實(shí)際工業(yè)上應(yīng)用受限，因此人們把研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到無(wú)Co材料體系。