本发明专利技术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，属功能陶瓷材料技术领域。具有以下步骤：1）由固相合成法制备Ba0.5Sr0.5Co0.9Nb0.1O3-x粉体，2）膜片的制备：将Ba0.5Sr0.5Co0.9Nb0.1O3-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8～10h得到Ba0.5Sr0.5Co0.9Nb0.1O3-x透氧膜片。本发明专利技术制备的透氧膜在850℃下，Ba0.5Sr0.5Co0.9Nb0.1O3-x膜片长时间工作中透氧量高且透氧量能够保持稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于功能陶瓷 材料制备
。
技术介绍
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。 BaC〇a9NbQ. (BCN)膜材料的透氧量比较高，经过测试，850°C下BCN膜片的透氧 量可达到2. 3mL · cm 1 · mir^ S但是随着时间的延长透氧量会出现衰减现象，在850°C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。
技术实现思路
针对BaCc^NbyOh (BCN)透氧膜的高透氧率、低稳定性特点，本专利技术的目的 是提供一种具有高透氧率及透氧稳定性的透氧膜Baa 5Sra 5Coa 9Nba的制备方法， Baa 5Sra 5C〇(l.9Nba A_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，本专利技术采用如下技术方案： ，具有以下步骤： 1) 由固相合成法制备BauSruCc^NVOh粉体，其中X表示氧空位：首先将纯度均大 于99%的BaC03、SrC0 3、Co304和Nb205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°C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]Λ3μηι，干燥后即得BauSi^Cc^Nb^Oh粉体； 2) 膜片的制备：将Ba^Sr^Co^Nb^Oh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°C烧制8?12h，得 到 BaQ. 5SrQ. 5CoQ. 9NbQ. A_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，本专利技术具有如下突出的实质性特点和显著地优点： 本专利技术中的BauSruCc^Nba.Ai膜片的透氧量相对BaC〇Q.9Nbai0 3_x (BCN)有 一定的下降，但是比其他的膜材料的透氧量都要高，如BaC〇(l.7Fe(l. 2Nbai03_x (BCFN)、 Ba0.5SrQ.5C〇(l. 8FeQ.203_x (BSCF)。且在 850°C 下，BauSi^Cc^NbQ.A-x 膜片在长时间工作中透 氧量能够保持稳定。 【附图说明】 图1为本专利技术所采用的透氧实验装置示意图。 图2为1060?1KKTC下烧结的Ba^Sr^Co^NVO^膜片的微观形貌。 图3为利用图1所示的透氧实验装置测出的BaMSi^CouNbc^Oh膜片在不同温 度下的透氧量，其中透氧量是通过对氦气一侧中〇 2浓度值的测定和计算而得。 图4为利用图1所示的透氧实验装置测出的8&(|.551'。. 5(：〇(|.9他(|.10 3_!￡膜片在8501：下 的透氧量随时间的变化图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术实施例进行详细说明： 实施例1 1) 由固相合成法制备BaQ. 5SrQ. 5C〇Q. 9NbQ. 粉体：首先将纯度均大于99%的BaC03、 SrC03、C〇304和Nb205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°C固相合成，经过破碎、过40目筛，后再进行24h酒精湿磨， 使粉体平均粒径达到1~3 μ m，干燥后即得BauSi^CouNbuO^粉体； 2) 膜片的制备：将Ba^Sr^Co^NVO^粉体、分散剂、粘结剂按100:0. 25:0. 25的比 例(质量比）均匀混合后，利用钢制模具将混合好的混合物压制成厚度为2?4_的圆片素 坯，成型压力为130MPa。将素坯在1140°C烧制10h得到Ba^Sr^Co^NbuO^透氧膜片。 3)如图1所示，对透氧量进行表征：利用砂纸将BauSrdOuNVOh透氧膜片打 磨至1mm厚，945°C下利用银环将透氧膜片封接于玻璃管与刚玉管之间，透氧膜片的有效面 积为1. 3cm2,然后在透氧膜片的一侧通入110mL · mirT1的空气，另一侧通入80mL · mirT1的 氦气，以rOmirT1的速率降温至测试温度点，温度稳定lh后，对通入氦气的一侧进行0 2浓 度值的测定和记录。 实施例2 本实施例步骤1)和步骤3)与实施例1相同，不同之处在于， 2)膜片的制备：将B^SruCc^Nb^Oh粉体、分散剂、粘结剂按100:0. 35:0. 35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llOMPa。将素坯在1100°C烧制8h得到Ba^Sr^Co^NVA-x透氧膜片。 实施例3 本实施例步骤1)和步骤3)与实施例1相同，不同之处在于， 2)膜片的制备：将B^SruCc^Nb^Oh粉体、分散剂、粘结剂按100:0. 45:0. 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l〇〇MPa。将素坯在1060°C烧制12h得到Ba^Sr^Co^NVA-x透氧膜片。 如图2所示，1060?1140°C下烧结的Ba^Sr^Co^Nb^O^膜片表面晶粒都已长 大，膜片致密。随着烧结温度的升高，晶粒尺寸越来越大。晶粒尺寸大小对膜片的透氧量没 有太大的影响。利用如图1所示的透氧装置对BauSruCouNbMOh膜片的透氧量进行测 量。图3为1060?1140°C下烧结的BaMSi^C^NbuO^膜片的透氧量随测试温度的变化 图。随着温度的升高，透氧量逐渐增大，温度为900°C时透氧量达到2. 3mL μπι - 2 ·π?η - S 这个数值比同测试条件下的BaCouFewNb^O^ (BCFN)和BauSi^CowFewO^ (BSCF)膜 片的都要高。图4为Bac^SruCouNb^O^膜片在850°C的透氧量随着时间的变化图，经过 150h的透氧实验后，透氧量能够保持稳定。而BaC〇Q.9Nbai0 3_x (BCN)膜片在850°C的透氧量 随着时间延长会出现严重的衰减，在相同的测试条件下，BaC〇(l. 9Nbai03_x (BCN)膜片的透氧 量在 150h 内会降至 1. 0 mL ·αιι - 2 ·η?η - 1 以下，下降率达 64%。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高透氧率及透氧稳定性的透氧膜的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：1）由固相合成法制备Ba0.5Sr0.5Co0.9Nb0.1O3‑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℃固相合成，经过破碎、过40目筛，后再进行24h酒精湿磨，使粉体平均粒径达到1~3μm，干燥后即得Ba0.5Sr0.5Co0.9Nb0.1O3‑x粉体；2）膜片的制备：将Ba0.5Sr0.5Co0.9Nb0.1O3‑x粉体、分散剂、粘结剂按质量比为100:（0.25～0.45）:（0.25～0.45）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Ba0.5Sr0.5Co0.9Nb0.1O3‑x透氧膜片。
【技术特征摘要】
1. 一种具有高透氧率及透氧稳定性的透氧膜的制备方法，其特征在于，具有以下步 骤： 1) 由固相合成法制备BauSruCc^NVOh粉体，其中X表示氧空位：首先将纯度均大 于99%的BaC03、SrC0 3、Co304和Nb205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°C固相合成，经过破碎、过40目筛，后再进行 24h酒精湿磨，使粉体平均粒径达到1?3 μ m，干燥后即得BauSruCOd.gNb^Oh粉体； 2) 膜片的制备：将B^SruCc^Nb^Oh粉体、...
【专利技术属性】
技术研发人员：金容，丁伟中，杨恭辉，刘银河，张星星，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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