一种中低温混合导体透氧膜及其制备方法技术

一种中低温混合导体透氧膜及其制备方法，所述中低温混合导体透氧膜包括致密透氧层、位于所述致密透氧层一侧的第一多孔层、以及位于所述致密透氧层另一侧的第二多孔层，其中，所述致密透氧层由具有钙钛矿型结构的透氧膜材料制成，所述第一多孔层和/或第二多孔层由透氧膜材料和/或活性材料制成。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，所述中低温混合导体透氧膜包括致密透氧层、位于所述致密透氧层一侧的第一多孔层、以及位于所述致密透氧层另一侧的第二多孔层，其中，所述致密透氧层由具有钙钛矿型结构的透氧膜材料制成，所述第一多孔层和/或第二多孔层由透氧膜材料和/或活性材料制成。【专利说明】
本专利技术属于能源材料领域，具体涉及。
技术介绍
致密混合导体透氧膜作为一类重要的无机膜，具有其独特的优点：（1)由于混合 导体透氧膜对氧气具有100%的选择性，理论上可以获得100%的纯氧；（2)由于混合导体 透氧膜的透氧过程是在高温下完成的，且自身也具有很好的催化性能，所以可以与其它的 一些涉氧催化反应（甲烷部分氧化制合成气（Ρ0Μ))进行耦合，进而达到简化生产工艺流程 的目的；（3)由于混合导体透氧膜是原位提供氧源，不会对其它原料带来深度氧化的威胁， 所以可以与乙烷氧化脱氢反应进行耦合制乙烯（0DE) ; (4)由于混合导体透氧膜具有混合 离子电子的传导特性，可以应用于固体氧化物燃料电池（S0FC)的阴极材料。然而，对于面 向应用的透氧膜材料而言，提高膜的氧通量、解决低氧分压气氛中膜的稳定性等问题是其 实现工业化应用的关键。为此，开发高氧透量、高稳定性的混合导体透氧膜材料是目前亟待 解决的关键问题。 陶瓷透氧膜材料按照其传导物质的不同，可以分为两大类--氧离子导体和混合 导体。其中，氧离子导体主要传导氧离子而几乎不能传导电子，混合导体则既能传导氧离子 也能传导电子。我们按照氧离子导体的晶体结构对透氧膜材料进行分类，大致可分为三类： 萤石型透氧膜、钙钛矿型透氧膜、矾酸矿型透氧膜，其中萤石型透氧膜和钙钛矿型透氧膜研 究的比较多。萤石矿型离子导体膜材料在高温下氧化物晶格中能够产生大量可移动的氧 空位缺陷，在存在电化学位梯度时，氧空位发生定向移动，表现为氧离子的定向移动，由于 离子导体膜是借助晶格振动来实现氧的传输因而对其它气体都不具有透过性，但离子导体 膜的电子导电性非常低，在应用过程中为实现氧传输就必须加电极并外接电路，从而造成 膜组件的结构复杂化，可靠性下降以及电能的损耗等。然而，钙钛矿型透氧膜材料是目前研 究、使用的最多的透氧膜材料，是透氧膜材料中最重要的一大类，由于其结构的开放性而易 于进行掺杂改性，因此各国的研究者都对其进行了深入、系统地研究。 在整个氧传递过程中，氧传递的驱动力主要可以分为：表面扩散的气固界面的氧 化学势梯度差（ss)和体相膜两侧的氧化学势梯度差（Sb)。当6'6)3时，可以认为整个 的氧传递过程是受体相扩散控制的，对主体扩散控制膜的氧渗透速率可以用Wagner方程 来描述： 【权利要求】1. 一种中低温混合导体透氧膜，其特征在于，所述中低温混合导体透氧膜包括致密透 氧层、位于所述致密透氧层一侧的第一多孔层、以及位于所述致密透氧层另一侧的第二多 孔层，其中，所述致密透氧层由具有钙钛矿型结构的透氧膜材料制成，所述第一多孔层和/ 或第二多孔层由透氧膜材料和/或活性材料制成，所述透氧膜材料包括SmBa a5Sra5Co205、 BaasSruCowFe。.^、Laa.6Sra.4Tia.3Fea.7O3 和 LawSi^Cc^Fe。.；^，所述活性材料包括 (勵3)2和 LaNiQ.6FeQ.403。2. 根据权利要求1所述的中低温混合导体透氧膜，其特征在于，所述致密透氧层的厚 度为1-100微米，所述第一多孔层和/或第二多孔层的厚度为1-1000微米。3. 根据权利要求1或2所述的中低温混合导体透氧膜，其特征在于，所述第一多孔层和 /或第二多孔层的孔隙率为10-90%，优选30-50%。4. 一种权利要求1-3中任一所述中低温混合导体透氧膜的制备方法，其特征在于，所 述制备方法包括： 1) 所述透氧膜材料粉末与分散剂、粘结剂、塑化剂和溶剂，球磨混合均匀后配制得到致 密透氧层浆料，所述透氧膜材料粉末和/或活性材料粉末与造孔剂、分散剂、粘结剂、塑化 剂和溶剂，球磨混合均匀后配制得到第一多孔层浆料；所述透氧膜材料粉末和/或活性材 料粉末与造孔剂、分散剂、粘结剂、塑化剂和溶剂，球磨混合均匀后配制得到第二多孔层浆 料； 2) 在基体表面浸渍、涂覆或者流延第一多孔层浆料、预烧、以在基体表面形成第一多孔 前驱体层； 3) 在第一多孔前驱体层表面浸渍、涂覆或者流延致密透氧层浆料、预烧、以在第一多孔 前驱体层形成致密透氧前驱体层； 4) 在致密透氧前驱体层表面浸渍、涂覆或者流延第二多孔层浆料、脱模去除基体形成 混合导体透氧前驱体膜； 5) 所述混合导体透氧前驱体膜在1100-1200°C烧结，得到所述混合导体透氧膜。5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述分散剂为三乙醇胺， 所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，所述塑化剂为临苯二甲酸二丁酯，所述造孔剂为石墨。6. 根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述致密透氧层浆 料、第一多孔层浆料和/或第二多孔层浆料的固含量为40-70%。7. 根据权利要求4-6中任一所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述溶剂为酒精 和丁酮，酒精与丁酮的体积比为1:1。8. 根据权利要求4-7中任一所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述烧结的时间 为4-8小时。【文档编号】C04B35/50GK104150903SQ201410410200【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日 【专利技术者】占忠亮, 李西祥, 孟燮, 吴昊 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中低温混合导体透氧膜，其特征在于，所述中低温混合导体透氧膜包括致密透氧层、位于所述致密透氧层一侧的第一多孔层、以及位于所述致密透氧层另一侧的第二多孔层，其中，所述致密透氧层由具有钙钛矿型结构的透氧膜材料制成，所述第一多孔层和/或第二多孔层由透氧膜材料和/或活性材料制成，所述透氧膜材料包括SmBa0.5Sr0.5Co2O5、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3、La0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.7O3和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3，所述活性材料包括Ni(NO3)2和LaNi0.6Fe0.4O3。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：占忠亮，李西祥，孟燮，吴昊，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31