新型非對稱結(jié)構(gòu)透氧膜的制備與研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們對能源的需求不斷增長。但是，占據(jù)較大比重的石油日益短缺。因此，使用天然氣或其它新能源成為解決能源危機(jī)的關(guān)鍵。透氧膜材料能夠?yàn)榧淄椴糠盅趸坪铣蓺馓峁┧枰难鯕猓瑫r該材料還能夠作為固體氧化物燃料電池的組件。因此，開發(fā)既具有高透氧性能，又具有高化學(xué)穩(wěn)定性的透氧膜材料能夠?qū)Ω纳颇茉磫栴}具有很大的幫助作用。
　　 本文首先對現(xiàn)有的透氧膜材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜述，分析了各種材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。然后系統(tǒng)研究了Ba

2、0.5Sr0.5Co1-yFeyO3-δ(y=0.0-1.0)(BSCF)中鐵離子的摻雜濃度對它的相結(jié)構(gòu)、氧非化學(xué)計(jì)量比、總的電導(dǎo)率和透氧性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，含不同鐵離子濃度的BSCF都具有立方相的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且隨著鐵離子摻雜濃度的增大，晶胞參數(shù)、常溫氧非化學(xué)計(jì)量比和總傳導(dǎo)率下降了。含不同鐵離子濃度的BSCF都具有氧傳導(dǎo)能力。鐵離子摻雜濃度的上升導(dǎo)致了膜厚為1.1mm的BSCF在900℃下的透氧量從Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0

3、.2O3-δ(BSCF5582)的Jo2=2.28μmol·cm-2·s-1降低到了BSF(y=1.0)的0.4.5μmol·cm-2·S-1。同時，速率控制步驟由表面交換變?yōu)轶w相傳輸，因此薄膜技術(shù)對于高鐵離子含量的透氧膜的應(yīng)用非常重要。
　　 最后，我們開發(fā)了一種新型的層狀結(jié)構(gòu)的致密混合導(dǎo)體膜用來分離空氣，這種膜結(jié)合了含鈷材料透氧膜的高透氧性能、鐵基鈣鈦礦材料的高化學(xué)穩(wěn)定性和厚膜結(jié)構(gòu)的高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。這種膜由兩層或兩層以上構(gòu)

4、成，每一層都是致密的混合導(dǎo)體氧化物。支撐層是一層具有高透氧性能、低化學(xué)穩(wěn)定性的厚膜。實(shí)驗(yàn)研究了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF5582)作為支撐層和Ba0.5Sr0.5Co0.2Fe0.8O3-δ(BSCF5528)作為薄膜層的可行性。BSCF5582和BSCF5528都具有相同的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和相似的晶胞參數(shù)，而且它們之間的固相反應(yīng)不會產(chǎn)生對透氧不利的相。通過控制優(yōu)化膜體制備過程中的各項(xiàng)參數(shù)，成功制備了一個無裂紋