[发明专利]一种可提高CO2

说明书

本发明公开了一种可提高CO₂气氛下透氧稳定性的铁基陶瓷透氧膜的制备方法，其化学组成为Pr_0.6Sr_0.4Fe_1‑xX_xO_3‑δ，其中X为Nb，Al中任一种，化学计量比为0≤x≤0.15。本发明中Nb的掺入能有效提高材料的耐CO₂性能；Al掺杂可以得到对称性好的立方钙钛矿结构材料。本发明的制备方法为：将各种金属硝酸盐溶解在去离子水中并与乙二胺四乙酸和一水柠檬酸混合，用氨水将其PH值调至7~8，待水分挥发，经两次焙烧，得到Pr_0.6Sr_0.4Fe_1‑xX_xO_3‑δ粉体，研磨后，在一定压力下成型，在1200~1400^°C焙烧8小时得到致密的透氧膜片。Pr_0.6Sr_0.4Fe_0.925Nb_0.075O_3‑δ透氧膜在900^°C纯CO₂气氛下保持长时间稳定，其稳定的透氧量为0.11 ml·min^‑1·cm^‑2左右。

技术领域

本发明公开了一种可提高CO2气氛下透氧稳定性的铁基陶瓷透氧膜的制备方法。具体涉及一种B位元素掺杂得到新的透氧膜材料的方法。

背景技术

混合导体透氧膜由于同时具有电子和氧离子导电性可以用作透氧膜材料，在一定温度下，当膜的两侧存在氧浓度梯度时，氧会以氧离子的形式通过氧空位，理论上，致密陶瓷透氧膜具有100％的氧透过选择性。

混合导体透氧膜可用于高纯氧制备，富氧燃烧，天然气部分氧化制合成气或选择性氧化膜反应器等领域有着优良的应用前景。对于混合导体透氧膜材料而言，目前存在的最主要的问题就是膜材料在高温及膜反应气氛下，尤其是在CO₂气氛下不够稳定，因此，提高膜材料在酸性气氛和还原性气氛下的稳定性是实现工业化的关键。

目前状况，提高透氧稳定性的方法主要有以下几种：1)A，B位元素掺杂，如Ta，Zr等。2)双相透氧膜材料。技术文献[Solid State Ionics.2011,196,30-33] 和[Chem.Mater.2012,24,2148-2154]中分别利用以上方法有效的稳定了材料在 CO₂气氛下的稳定性。

在透氧膜材料中，无Co透氧膜相比于含Co透氧膜，其透氧量较低但稳定性好。技术文献[J.Mater.Chem.A,2014,2,7780]中报道，与Co基透氧膜材料相比，铁基透氧膜材料稳定性较好。因此，我们选用Pr_0.6Sr_0.4FeO_3-δ为基体材料，用高价态的Nb少量取代B位Fe元素，得到耐二氧化碳性能良好的新材料。

通过检测发现Pr_0.6Sr_0.4Fe_1-xNb_xO_3-δ均为正交结构并且其透氧量相对较低，技术文献[Journal of Membrane Science.2011,383,235-240]中报道，可以通过元素掺杂来改变材料相结构，因此，我们用少量Al取代Pr_0.6Sr_0.4FeO_3-δ中部分Fe，最终得到透氧性能良好的立方钙钛矿透氧膜材料。

发明内容