[发明专利]一种具有高透氧率及透氧稳定性的透氧膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高透氧率及透氧稳定性的透氧膜的制备方法，属于功能陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

混合导体透氧膜材料是一种钙钛矿结构的功能陶瓷材料，具有氧离子与电子双重电导性能，理论上对氧有100%的选择透过性，在纯氧制备、燃料电池以及膜反应器等领域具有广阔的应用前景。用于氧分离的透氧膜材料不仅需要具备较高的透氧能力，同时还应具有在长时间透氧过程中保持结构稳定性的特征。在所有的膜材料中，Co基钙钛矿结构的膜材料具备相对较高的透氧能力，因此受到广泛的关注。但是Co基钙钛矿结构的膜材料在长时间透氧的过程中结构稳定性比较差。

BaCo_0.9Nb_0.1O_3-x（BCN）膜材料的透氧量比较高，经过测试，850℃下BCN膜片的透氧量可达到2.3mL·cm?²·min?¹，但是随着时间的延长透氧量会出现衰减现象，在850℃经过150h透氧实验后，透氧量下降了64%，因此需要对BCN膜材料进行优化以提高其透氧稳定性。掺杂是一种常用的优化方法，不同的掺杂元素对材料透氧量的影响以及透氧稳定性的影响不尽相同，因此掺杂元素、掺杂量以及掺杂方法至关重要。

发明内容

针对BaCo_0.9Nb_0.1O_3-x（BCN）透氧膜的高透氧率、低稳定性特点，本发明的目的是提供一种具有高透氧率及透氧稳定性的透氧膜Ba_0.5Sr_0.5Co_0.9Nb_0.1O_3-x的制备方法，Ba_0.5Sr_0.5Co_0.9Nb_0.1O_3-x透氧膜是一种具有较高的透氧量，且同时具有长时间透氧稳定性的透氧膜材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有高透氧率及透氧稳定性的透氧膜的制备方法，具有以下步骤：

1）由固相合成法制备Ba_0.5Sr_0.5Co_0.9Nb_0.1O_3-x粉体，其中x表示氧空位：首先将纯度均大于99%的BaCO₃、SrCO₃、Co₃O₄和Nb₂O₅的粉末按摩尔比为1:1:0.6:0.1进行干混球磨48h，然后将混合物在75MPa下冷等静压，之后在920℃下固相合成，经过破碎、过40目筛后，再进行24h的酒精湿磨，使粉体平均粒径达到1~3μm，干燥后即得Ba_0.5Sr_0.5Co_0.9Nb_0.1O_3-x粉体；

2）膜片的制备：将Ba_0.5Sr_0.5Co_0.9Nb_0.1O_3-x粉体、分散剂、粘结剂按100:（0.25～0.45）:（0.25～0.45）的比例（质量比）均匀混合，利用钢制模具将混合好的混合物压制成厚度为2～4mm的圆片素坯，成型压力为100～130MPa；将素坯在1060～1140℃烧制8～12h，得到Ba_0.5Sr_0.5Co_0.9Nb_0.1O_3-x透氧膜片。

所述步骤2）中分散剂为油酸。

所述步骤2）中粘结剂为羧甲基纤维素钠。

与现有透膜片相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著地优点：