含催化剂的氧气传送膜制造技术

本发明专利技术描述了一种制备含催化剂的复合氧离子膜的方法，在所述含催化剂的复合氧离子膜中，多孔燃料氧化层和致密分离层以及任选的多孔表面交换层由(Lnl‑xAx)wCrl‑yByO3‑δ和掺杂氧化锆的混合物在多孔支承体上形成。将某些催化剂金属添加到所述燃料氧化层中不仅增强了初始氧气流量，还降低了长期操作中氧气流量的降低速率。流量和稳定性改善的一种可能的原因是所述催化剂金属的添加减少了在膜制造和操作期间(Ln1‑xAx)wCrl‑yByO3‑δ与氧化锆相之间的化学反应，如X射线衍射结果所示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含催化剂的氧气传送膜政府支持本专利技术是依照美国能源部批准的合作协议No.DE-FC26-07NT43088在政府支持下完成的。政府对本专利技术享有某些权利。
本专利技术涉及复合氧气传送膜和形成这种膜的方法，其中被选择用于在长期操作中提高氧气流量和氧气流量稳定性的催化剂颗粒位于多孔燃料氧化层中，而该多孔燃料氧化层又位于多孔支承层和致密分离层之间。
技术介绍
氧气传送膜通过将氧离子传送通过能够在升高的温度下传导氧离子和电子的材料来起作用。当这种膜的相对侧之间存在氧分压差时，氧分子将在膜的一个表面上被还原为氧离子，传送通过致密膜，并且在膜的相对侧上出现并重新结合成原子氧并释放电子。由结合产生的自由电子将被往回传送通过该膜以使氧离子化。氧分压差可通过在升高的压力下向膜提供含氧进料或通过在膜的相对侧上存在分离的氧的情况下提供易燃燃料或其他还原物质，或者通过这两种方法的组合来产生。值得注意的是，燃烧将产生热量，该热量被用于将膜的温度升高到可发生氧离子传送的操作温度，并且还将热量供应到需要加热的工业过程。此外，无论过程是否需要热量，燃烧本身可通过燃料或燃烧产生的其他易燃物质的部分氧化来制备产品，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备氧离子复合膜的方法，包括：在多孔支承体上形成第一层，所述第一层包含(Ln1‑xAx)wCr1‑yByO3‑δ、掺杂氧化锆、催化剂金属M和造孔剂的第一颗粒混合物，其中Ln为La、Y、Pr、Ce或Sm，A为Ca或Sr，B为Fe、Mn、Co、Ni、Al、Ti或它们的组合，w为约0.9至约1.0，x为约0.1至约0.3，y为约0.1至约0.7，并且δ为使组合物电荷为中性的值，催化剂金属M为催化剂金属或催化剂金属的氧化物、碳酸盐或硝酸盐，其中所述催化剂金属选自Ru、Pd、Pt、Rh、Ni、Co或它们的组合；所述第一混合物包含所述(Ln1‑xAx)wCr1‑yByO3‑δ、所述掺杂氧化锆和所述...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.01 US 62/3166941.一种制备氧离子复合膜的方法，包括：在多孔支承体上形成第一层，所述第一层包含(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ、掺杂氧化锆、催化剂金属M和造孔剂的第一颗粒混合物，其中Ln为La、Y、Pr、Ce或Sm，A为Ca或Sr，B为Fe、Mn、Co、Ni、Al、Ti或它们的组合，w为约0.9至约1.0，x为约0.1至约0.3，y为约0.1至约0.7，并且δ为使组合物电荷为中性的值，催化剂金属M为催化剂金属或催化剂金属的氧化物、碳酸盐或硝酸盐，其中所述催化剂金属选自Ru、Pd、Pt、Rh、Ni、Co或它们的组合；所述第一混合物包含所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ、所述掺杂氧化锆和所述催化剂金属M，使得当烧结时，基于总固体物的体积百分比，所述第一层将包含约20体积％至约70体积％的所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ、约30体积％至约80体积％的所述掺杂氧化锆，以及任选地约0.1体积％至约20体积％的所述催化剂金属M；在所述第一层上形成第二层，所述第二层包含(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ和所述掺杂氧化锆的第二颗粒混合物并且不包含造孔剂，其中Ln为La、Y、Pr、Ce或Sm，A为Ca或Sr，B为Fe、Mn、Co、Ni、Al、Ti或它们的组合，w为约0.9至约1.0，x为约0.1至约0.3，并且y为约0.1至约0.7，并且δ为使所述组合物电荷为中性的值；所述第二混合物包含所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ和所述掺杂氧化锆，使得当烧结时，基于总固体物的体积百分比，所述第二层将包含约20体积％至约70体积％的所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ和约30体积％至约80体积％的所述掺杂氧化锆；加热所述第一层、所述第二层和所述多孔支承体，使得所述第一层部分地烧结成包含所述第一颗粒混合物的多孔物质，从而提供多孔燃料氧化层，并且所述第二层完全烧结成包含所述第二颗粒混合物的致密物质，从而提供致密分离层。2.根据权利要求1所述的方法，其中：在氮气气氛中加热所述第一层、所述第二层和所述多孔支承体之前，在所述第二层上形成第三层，所述第三层包含(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ、所述掺杂氧化锆和造孔剂的第三颗粒混合物，其中Ln为La、Y、Pr、Ce或Sm，A为Ca或Sr，B为Fe、Mn、Co、Ni、Al、Ti或它们的组合，w为约0.9至约1.0，x为约0.1至约0.3，并且y为约0.1至约0.7，并且δ为使所述组合物电荷为中性的值；所述第三混合物具有第三体积比的所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ和所述掺杂氧化锆，使得当烧结时，基于总固体物的体积百分比，所述第三层将包含约20体积％至约70体积％的所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ和约30体积％至约80体积％的所述掺杂氧化锆；然后加热所述第一层、所述第二层、所述第三层和所述多孔支承体，其中所述第一层部分地烧结成包含所述第一颗粒混合物的多孔物质，从而提供多孔燃料氧化层，并且所述第二层完全烧结成包含所述第二颗粒混合物的致密物质，从而提供致密分离层，并加热所述第三层，使得所述第三层部分地烧结成包含所述第三颗粒混合物的多孔物质，从而提供多孔表面交换层。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述掺杂氧化锆为10Sc1YSZ或10Sc1CeSZ或10Sc1Ce1YSZ。4.根据权利要求3所述的方法，其中：所述第一颗粒混合物中的所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ为(La1-xSrx)wCr1-yFeyO3-δ，其中w为0.95，x为0.2，并且y为0.3；所述第二颗粒混合物中的所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ为(La1-xSrx)wCr1-yFeyO3-δ，其中w为0.95，x为0.2，并且y为0.3；所述第三颗粒混合物中的所述(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ为(La1-xSrx)wCr1-yFeyO3-δ，其中w为0.95，x为0.2，并且y为0.3；并且所述烧结的多孔支承体由掺杂氧化锆或者MgO和MgAl2O4的混合物形成。5.根据权利要求4所述的方法，其中基于总固体物的体积百分比，所述第一层包含20体积％至60体积％的(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ、40体积％至80体积％的所述掺杂氧化锆和任选地1体积％至15体积％的所述催化剂金属M，所述第二层包含20体积％至60体积％的(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ和40体积％至80体积％的所述掺杂氧化锆，所述第三层包含20体积％至60体积％的(Ln1-xAx)wCr1-yByO3-δ和40体积％至80体积％的所述掺杂氧化锆。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·陆，陆云翔，G·M·克里斯蒂，J·莱恩，P·J·普朗克察克，J·M·科尔普斯，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US