[发明专利]一种高稳定性高渗透性双相复合氧分离膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高稳定性高渗透性双相复合氧分离膜的制备方法，包括以下步骤：A)采用燃烧法一步合成制备Ce_0.8Sm_0.2O_2‑δ–La_0.9Sr_0.1FeO_3‑δ双相复合粉体，δ为氧空位浓度；将所述双相复合粉体与有机溶剂混合，得到双相复合粉体浆料；B)将造孔剂与有机溶剂混合，得到造孔剂浆料；C)将所述双相复合粉体浆料与所述造孔剂浆料依次流延至载带表面，得到复合于所述载带表面的流延层；将所述复合于所述载带表面的流延层进行固化和干燥，得到生坯；D)将所述生坯进行烧结，得到高稳定性高渗透性双相复合氧分离膜。

技术领域

本发明属于功能陶瓷技术领域，具体涉及一种高稳定性高渗透性双相复合氧分离膜及其制备方法。

背景技术

能源环境问题对人类的生存发展有着重要影响，为此人们致力于开发新型可替代能源，包括太阳能、核能、生物质能等，同时充分综合利用现有的化石能源，探索先进的能源加工与转化技术。每年工业需求的氧气有超过100万吨是从空气分离得到，并且几乎所有的大型清洁能源技术需要氧气作为原料，因此这个市场将来会大规模扩张。许多国家为了能源安全以及减少温室气体尤其是二氧化碳的排放，大力发展煤的气化和富氧燃料等清洁能源技术。目前从空气中获得氧气的主要途径是通过低温分离。但是这项技术十分复杂，成本高昂并且能量消耗大。而在煤气化或富氧燃料煤电厂前端耦合低温空气分离单元可能会使实际发电效率降低30％–40％。

基于氧离子和电子混合电导的致密陶瓷氧分离膜，由于在纯氧生产，涉氧工艺如甲烷部分氧化制备合成气，基于富氧燃料燃烧进行二氧化碳捕获以及其他能源化工领域如膜反应器等有巨大应用前景，吸引了研究者们越来越多的关注。传统的具有高透氧性能的透氧材料通常基于在钙钛矿材料中B位掺杂Co来实现，如(Ba,Sr)(Co,Fe)O_3-δ等，由于单相钙钛矿型陶瓷氧分离膜的稳定性缺陷极大地限制了它们的实际应用。近年来，由氧离子导电相和电子导电相组成的双相复合膜具有高的稳定性以及相对高的透氧性能而被人们广泛的研究。La_0.8Sr_0.2(Cr,Mn)O_3-δ和一些混合导体材料如Sm_0.6Sr_0.4FeO_3-δ等被系统的研究用于双相复合膜的电子导电相。然而值得注意的是，钙钛矿型的电子导电相材料大多数含Co或Cr。通常，对于铬基材料，铬在高温通常容易挥发并且具有毒性，这大大限制了铬基材料的实用化。钴基钙钛矿型氧化物具有比较大的热膨胀系数，从而导致双相复合膜结构不稳定，在热循环中容易在膜内产生微裂纹，使膜失效。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高稳定性高渗透性双相复合氧分离膜及其制备方法，本发明提供的高稳定性高渗透性双相复合氧分离膜在He、CO₂、CO气氛下均具有良好长期稳定性以及高氧渗透性能。

本发明提供了一种高稳定性高渗透性双相复合氧分离膜的制备方法，包括以下步骤：

A)采用燃烧法一步合成制备Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ–La_0.9Sr_0.1FeO_3-δ双相复合粉体，δ为氧空位浓度；

将所述双相复合粉体、粘结剂和分散剂与有机溶剂混合，得到双相复合粉体浆料；

B)将造孔剂、粘结剂和分散剂与有机溶剂混合，得到造孔剂浆料；

C)将所述双相复合粉体浆料与所述造孔剂浆料依次流延至载带表面，得到复合于所述载带表面的流延层；

将所述复合于所述载带表面的流延层进行固化和干燥，得到生坯；

D)将所述生坯进行烧结，得到高稳定性高渗透性双相复合氧分离膜。