[发明专利]一种一端密封管状陶瓷膜的制备方法

说明书

本发明属于气体分离领域，涉及一种管状陶瓷膜的制备方法，具体涉及是一种制备一端密封的状陶瓷膜的方法。将陶瓷管状膜前驱管体的一开口端和一段陶瓷实心棒前驱体通过挤压密封，而后对其在高温烧结成致密，得到一端封头的管状陶瓷膜，实现陶瓷膜在高温区域的密封。本发明方法流程简单，密封性能好，从根本上解决密封材料与膜材料易相互反应和热膨胀不匹配等问题,可能导致气体分离膜不期望的特性变化或者渗漏；同时解决管状膜由于大尺寸导致的密封工艺复杂等技术难题，在保持稳定密封效果的同时，结构简单，操作方便。

技术领域

本发明属于气体分离领域，涉及一种管状陶瓷膜的制备方法，具体涉及是一种一端密封管状陶瓷膜的制备方法。

背景技术

最常使用的混合导体膜是一种新型陶瓷膜材料，兼具电子和离子或者电子和质子导电性特性，可以用作透氧膜材料或透氢膜材料。例如，作为透氧膜材料，在高温条件下(通常在600℃以上)，当膜两侧存在氧分压差时，氧以氧离子的形式通过膜材料晶格中的氧空位,由高氧分压侧向低氧分压侧传导，同时电子在变价金属离子之间的跳跃向反方向传导，实现透氧过程的电中性。因此，此类膜材料不需要外加电路就可实现氧传递过程，并且氧的传导是以晶格振动形式进行的，理论上透氧膜对氧的选择性为100％，可以实现制备纯氧或者超纯氧。陶瓷混合导体膜除了广泛用于空气分离和氢气提纯，在连续消耗氧的工业过程(如甲烷部分氧化反应、氧化偶联反应等)、氧产物分离的工业过程(如H₂O、CO₂和氮氧化物的分解反应等)、及消耗纯氧-氧分离耦合工业过程(耦合乙烷脱氢制乙烯和水分解制氢、耦合甲烷部分氧化和氮氧化物降解等)等展现了巨大的应用潜力。

陶瓷膜材料的工作温度区间通常在600-1000度，膜的高温密封技术是其实现大规模工业应用亟需解决的关键技术之一。使用密封材料如陶瓷或者玻璃胶对管状陶瓷透氧膜进行密封，存在密封材料与混合导体膜材料易相互反应和热膨胀不匹配等问题，易导致膜破裂和渗漏。如果使用贵金属如金、银、铜等进行高温密封，会使成本增加和密封过程复杂，例如Zhu等利用Ag浆灌满Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ管状膜的一端进行密封，用于制取高纯氧[J.Membr.Sci.2009,345,47.]。Liang等利用Au浆对BaCo_xFe_yZr_1-x-yO_3-δ中空纤维膜的一端实现密封，并用与制备纯氧[Ind.Eng.Chem.Res.2010,49,937.]。利用贵金属对膜进行密封的方法，同样存在与膜材料的不匹配等问题[中国专利CN 106065950A；中国专利CN102248322A]。此外，也可以采用卡套密封的方式，或者将陶瓷透氧膜的两开口端在远离高温区用橡胶圈密封透氧膜[中国专利CN 102284252B；中国专利CN 101912742A；中国专利CN102979981A；中国专利CN 109745867A]，这种方式虽然可以避免陶瓷透氧膜高温密封问题，然而该密封结构复杂，膜的使用效率也被大大下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种一端密封管状陶瓷膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种一端密封的管状陶瓷膜的制备方法，向管状陶瓷膜前驱体的开口一端中填塞与管状陶瓷膜前驱体相同或相似膜材料的实心陶瓷膜驱体，而后利用模具通过挤压成一体，挤压后对其在梯度升温下高温烧结成致密，得到一端密封的管状陶瓷膜。

通过相转化法或挤压成型法获得陶瓷管状膜前驱管体；通过挤压成型制备与所述前驱管体相同或相似膜材料的陶瓷实心棒前驱体，而后将实心棒前驱体塞入管状膜前驱管体一端端口处，通过密封模具挤压成一体，实现管状膜前驱管体的一端密封另一端保持开口，而后在梯度升温下高温烧结得到一端密封的管状陶瓷膜。

所述实心棒前驱体直径小于管状陶瓷膜前驱体直径。