[發(fā)明專利]一種CO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210108964.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN114538915B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛健;朱恒成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/02
• 分類號(hào): B01D71/02;C04B35/45;C04B35/50;C04B35/622;B01D53/22;B01D67/00;C07C2/82;H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種CO₂穩(wěn)定的雙相混合導(dǎo)體透氧膜及其制備方法與應(yīng)用。其化學(xué)通式為x Ce_0.9La_0.1O_2?δ?y La₂CuO_4+δ，其中δ代表氧原子得失的數(shù)目，為非化學(xué)計(jì)量，0≤δ≤1，0x1，0y1。本發(fā)明的透氧膜材料采用溶膠?凝膠一鍋法制備。本發(fā)明通過引入高氧離子導(dǎo)電性的螢石型氧化物作為氧離子傳導(dǎo)相，構(gòu)建兩相從而提升材料的透氧性能。本發(fā)明選用的雙相膜材料不含堿土金屬元素，且所得的兩相未發(fā)現(xiàn)有相反應(yīng)，其在CO₂氣氛下也具有較好的穩(wěn)定性，可用于從空氣中分離提純氧氣，也可以與涉氧反應(yīng)耦合構(gòu)建膜反應(yīng)器，用于甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯以及水裂解制氫等反應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于混合導(dǎo)體膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CO₂穩(wěn)定的雙相混合導(dǎo)體透氧膜及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

混合導(dǎo)體透氧膜是一種既有氧離子導(dǎo)電性又有電子導(dǎo)電性的材料，在無外加電場(chǎng)的條件下，它也能同時(shí)傳導(dǎo)氧離子和電子。理論上，混合導(dǎo)體透氧膜對(duì)氧氣的分離選擇性能達(dá)到100％，并且是一種經(jīng)濟(jì)且操作簡(jiǎn)便的方法。與目前的深冷分離技術(shù)相比，基于混合導(dǎo)體透氧膜的氧氣分離過程能降低約60％的能耗并且節(jié)約35％左右的生產(chǎn)成本，除了用于氧氣分離之外，混合導(dǎo)體透氧膜還能通過與反應(yīng)耦合構(gòu)建膜反應(yīng)器，用于甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯以及水裂解制氫等反應(yīng)，其在固體氧化物燃料電池方面也有著廣泛的應(yīng)用前景。

透氧膜材料主要有三種類型：鈣鈦礦型氧化物、K₂NiF₄型氧化物和螢石型氧化物。鈣鈦礦型氧化物是一種透氧量相對(duì)較高的材料，但其大多含有堿土金屬元素，在CO₂氣氛中易生成碳酸鹽，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因此限制了其工業(yè)化應(yīng)用。K₂NiF₄型氧化物的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，存在各向異性限制了其氧離子的遷移，導(dǎo)致其透氧量不高，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，受到了人們的廣泛關(guān)注。螢石型氧化物是一種氧離子電導(dǎo)率較高的材料，但其電子電導(dǎo)率不高，通常需要電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力的作用或構(gòu)建雙相膜材料來提升材料的透氧性能。(Zhu X,Yang W:Chapter 12-Critical Factors Affecting Oxygen Permeation Through Dual-phaseMembranes,Oyama S T,Stagg-Williams S M,editor,Membrane Science andTechnology:Elsevier,2011:275-293.)

據(jù)美國(guó)能源部的數(shù)據(jù)顯示，在未來的一二十年里，碳?xì)浠衔飳?duì)于世界能源供應(yīng)的占比仍將大于60％，而碳?xì)浠衔锏娜紵a(chǎn)物是CO₂。La₂CuO₄是一種不含堿土金屬元素的銅基材料,在CO₂氣氛中具有較好的相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,將其構(gòu)筑催化膜反應(yīng)器有一定的應(yīng)用潛力，但單相的La₂CuO₄透氧量不高,其應(yīng)用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足之處，本發(fā)明通過在La₂CuO₄中引入氧離子導(dǎo)電相構(gòu)建雙相混合導(dǎo)體透氧膜來提升其透氧性能,以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。本發(fā)明的目的是提供一種在CO₂氣氛中穩(wěn)定的雙相混合導(dǎo)體透氧膜及其制備方法與應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。

一種CO₂穩(wěn)定的雙相混合導(dǎo)體透氧膜，其化學(xué)通式為：x Ce_0.9La_0.1O_2-δ-y La₂CuO_4+δ，其中δ代表氧原子得失的數(shù)目，為非化學(xué)計(jì)量，0≤δ≤1，0x1，0y1，x+y＝1。