鈣鈦礦陶瓷中空纖維透氧膜的一步燒結(jié)法制備與性能研究.pdf

1、鈣鈦礦陶瓷中空纖維透氧膜因具有分離效率高、安裝簡單、能耗低以及對(duì)氧100％的選擇透過性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，但是陶瓷中空纖維透氧膜存在著制備過程復(fù)雜、成本高、反復(fù)高溫處理能耗大、廢氣污染和熱膨脹等問題限制了其工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。本文將陶瓷透氧膜材料的制備與中空纖維膜的制備相結(jié)合，經(jīng)過一步燒結(jié)制備BaBi0.05Co0.85Zr0.1O3-δ(BBCZ)陶瓷中空纖維透氧膜，縮減了制備過程，有利于實(shí)現(xiàn)陶瓷中空纖維透氧膜的工業(yè)化生產(chǎn);同時(shí)，探究

2、了Zr元素?fù)诫s量對(duì)BBCZ中空纖維透氧膜的熱膨脹和透氧量等性能的影響。
　　使用金屬氧化物和碳酸鹽作為金屬離子來源，經(jīng)濕法球磨混合均勻后直接利用相轉(zhuǎn)化-燒結(jié)技術(shù)制備得到了致密的BBCZ陶瓷中空纖維透氧膜。金屬氧化物和碳酸鹽粉體在有粘結(jié)劑的條件下經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)可以直接形成鈣鈦礦相，得到鈣鈦礦陶瓷中空纖維透氧膜。所制備的陶瓷中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到75.83MPa。在吹掃氣為Ar（流速為150mL/min）、原料氣為空氣（流速為150m

3、L/min）條件下，測(cè)試溫度為650℃時(shí)，即在滲透氣側(cè)檢測(cè)到O2，測(cè)試溫度為1000℃時(shí)氧氣滲透通量達(dá)到5.01mLmin-1cm-2，高于工業(yè)化應(yīng)用要求的陶瓷中空纖維透氧膜透氧量30.2％。
　　通過改變Zr元素的摻雜量制備了BaBi0.05Co0.95-xZrxO3-δ(x=0、0.05、0.1、0.15、0.2)系列陶瓷中空纖維透氧膜，探究了Zr元素?fù)诫s對(duì)BaBi0.05Co0.95O3-δ膜材料性能的影響。隨著Zr元素?fù)诫s

4、量的增加，所制備的中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)摻雜量為0.2時(shí)達(dá)到110.54MPa;熱膨脹系數(shù)逐漸減小，當(dāng)摻雜量為0.2時(shí)降為12.26×10-6K-1，相比于BaBi0.05Co0.95O3-δ材料降低了57.3％，有效地改善了材料的熱膨脹性能;氧滲透通量呈現(xiàn)出先升高再降低的趨勢(shì)，相同測(cè)試條件下，摻雜量為0.1時(shí)透氧量最高。Zr元素?fù)诫s量為0.15時(shí)所制備的中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度為87.73MPa，熱膨脹系數(shù)為15.76×10-6