高透量中空纖維陶瓷透氧膜的制備.pdf

1、采用新型的相轉(zhuǎn)化與高溫?zé)Y(jié)技術(shù)，用NMP（N-甲基吡咯烷酮）和去離子水的混合溶液作為中空纖維膜內(nèi)部的凝固液，用自來水作為膜外部的凝固液，制備出高度非對稱的致密La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）中空纖維陶瓷透氧膜。該膜結(jié)構(gòu)包含一個厚度僅為88μm的致密外層和一個多孔內(nèi)層。分別以空氣和氦氣作為膜外和膜內(nèi)的吹掃氣體，在不同溫度下測試了LSCF中空纖維膜的透氧性能。結(jié)果顯示，該高度非對稱中空纖維膜在650-1000℃范

2、圍內(nèi)的透氧量為0.11-2.19 mL.cm-2.min-1，是普通三層結(jié)構(gòu)中空纖維膜在相同溫度下透氧量的2.6-10.5倍。同時，還發(fā)現(xiàn)在較低溫度下中空纖維膜制造透氧量的大小主要取決于膜表面交換反應(yīng)，但在高溫情況下，溫度大于900℃時，膜體的離子擴(kuò)散速率將成為決定膜透氧量的重要因素。
　　用傳統(tǒng)的相轉(zhuǎn)化與高溫?zé)Y(jié)技術(shù)制備的LSCF中空纖維陶瓷膜，由于存在三層致密層，從而導(dǎo)致了該纖維膜比較低的透氧性能。采用不同的酸溶液對傳統(tǒng)的LS

3、CF中空纖維膜表面進(jìn)行酸蝕改性，考察了不同的酸種、酸濃度、酸蝕時間對膜表面的微觀形貌以及膜的透氧性能的影響。運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）對酸腐蝕前后中空纖維膜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，用XRD觀察其晶相結(jié)構(gòu)，然后運(yùn)用氣相色譜檢測了酸腐蝕后膜的透氧性能變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過HCl和H2SO4腐蝕后的LSCF中空纖維膜表面呈現(xiàn)了一個多孔狀的新結(jié)構(gòu)，膜的透氧量比原始膜分別提高了5.9和18.6倍。與HCl腐蝕的效果相比，經(jīng)H2SO4腐蝕后的膜具

4、有更大的表面面積。例如，用濃度為98％的濃硫酸腐蝕40 min后，在800℃下，膜內(nèi)氦氣吹掃氣流速為44.6 mL.min-1時，LSCF中空纖維膜的透氧量最大可達(dá)0.509 mL.cm-2.min-1。
　　采用相轉(zhuǎn)化法制備 LSCF中空纖維膜前驅(qū)體濕膜，在室溫下用去離子水和自來水分別作為膜內(nèi)部和外部的凝固液紡制。用于準(zhǔn)備紡制中空纖維膜的漿料的配比是68.75 wt%LSCF粉體，6.25 wt%聚醚砜（PESf）和25.0 w

5、t% N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）。將紡制出的中空纖維膜的前驅(qū)體在高溫管式爐中吊燒，采用不同的燒結(jié)溫度1200-1500℃，不同的燒結(jié)時間2-8 h，考察其對 LSCF中空纖維膜微觀結(jié)構(gòu)、晶相狀態(tài)、機(jī)械強(qiáng)度、透氧性能的影響。LSCF中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度隨著燒結(jié)溫度的增加而增加，當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1500℃時，強(qiáng)度達(dá)到最大的115 MPa。欲得到致密的LSCF中空纖維膜，燒結(jié)溫度必須在1250℃以上，燒結(jié)時間要在2 h以上。但當(dāng)燒結(jié)溫度高