(la0.5sr0.5)2coo4δ對la1xsrxco1yfeyo3δ中空纖維膜透氧性能的調(diào)制作用研究

1、山東理工大學(xué) 山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文(La0.5Sr0.5)2CoO4+δ對 La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ中空纖 中空纖維膜透氧性能的調(diào)制作用研究 維膜透氧性能的調(diào)制作用研究Investigation on the Oxygen Permeation Performance ofLa1-xSrxCo1-yFeyO3-δ Hollow Fiber Membranes Modulated by(La0.5Sr0.5)2CoO4

2、+δ研 究 生： 韓寧 韓寧指 導(dǎo) 教 師： 張曙光 張曙光申 請學(xué) 位 門類 級 別： 理學(xué)碩士 理學(xué)碩士學(xué) 科 專 業(yè) 名 稱： 物理化學(xué) 物理化學(xué)研 究 方 向： 界面材料 界面材料化學(xué) 化學(xué)論 文 完 成 日 期： 2016 2016 年 4 月 16 16 日分類號：密 級：單位代碼：10433學(xué) 號：Y1305124山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘 要I摘 要本文通過溶膠凝膠法制備 La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ粉體，

3、并通過相轉(zhuǎn)化燒結(jié)技術(shù)制備La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ中空纖維膜。選取 K2NiF4 型氧化物(La0.5Sr0.5)2CoO4+δ (LSC214)作為表面修飾材料，作用于 La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ中空纖維膜材料外表面以提高膜材料表面氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，達(dá)到降低材料表觀活化能的目的，從而提升材料透氧性能。除此之外，還研究了 La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ中空纖維膜微觀結(jié)構(gòu)對體相擴(kuò)散作用的影響，通過改變

4、微結(jié)構(gòu)來降低材料表觀活化能，以達(dá)到提高材料透氧性能的目的。（1） 選取普遍認(rèn)可的材料 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF)， 采用酸性腐蝕法以增加膜材料外表面粗糙度， 隨后用 LSC214 進(jìn)行膜材料外表面的表面修飾。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， LSC214的表面修飾對于 LSCF 透氧性能有顯著提高，并且比酸性修飾作用效果明顯。在700°C-1000°C 測 試 溫 度 下 ， 用 LSC214 進(jìn)

5、 行 表 面 修 飾 前 后 透 氧 量 從 0.036-1.021ml·min-1·cm-2 提高到 0.201-1.311 ml·min-1·cm-2（He 速率為 150 ml·min-1），提高系數(shù)可達(dá)到 4.93。LSC214 材料的修飾作用使得 LSCF 中空纖維膜表觀活化能降低 43~57%，提高了膜材料的透氧性能。與此同時(shí)，外表面以 LSC214 修飾之后的 LSCF 中

6、空纖維膜表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在 900°C，氦氣吹掃速率 100 ml·min-1，空氣速率 200 ml·min-1 條件下，透氧量穩(wěn)定在 0.8 ml·min-1·cm-2。（2）選取 La0.7Sr0.3FeO3-δ(LSF)，通過控制紡絲鑄膜液芯液不同（去離子水/EtOH-NMP）制備了兩種不同結(jié)構(gòu)的 LSF 中空纖維膜（LSF-a、LSF-b），隨后用 LSC214對兩種結(jié)構(gòu)的

7、 LSF 中空纖維膜的外表面進(jìn)行修飾。氦氣吹掃速率為 150 ml·min-1 時(shí)，測試溫 度在 700°C-1000°C 下， 未修 飾的 LSF-a 與 LSF-b 透氧 量分 別為 0.008-0.348ml·min-1·cm-2 和 0.246-5.233 ml·min-1·cm-2。通過控制微結(jié)構(gòu)，中空纖維膜 LSF-b 的透氧量達(dá)到 LSF-a 透氧量的

8、16 倍。 用 LSC214 進(jìn)行表面修飾之后， 不同結(jié)構(gòu) LSF 中空纖維膜表觀活化能都大大降低，LSF-a 表觀活化能從 138.55 kJ·mol-1 減少到 82.67 kJ·mol-1，LSF-b 表觀活化能從 95.88 kJ·mol-1 減少到 44.54 kJ·mol-1。表面修飾作用使得 LSF 中空纖維膜透氧性能又進(jìn)一步提高。修飾之后的 LSF-b 中空纖維膜透氧量高達(dá) 7.1

9、99ml·min-1·cm-2，約為相同測試條件下（1000°C，氦氣吹掃速率 300 ml·min-1，空氣速率200 ml·min-1）未修飾 LSF-a 中空纖維膜透氧量的 19 倍。（3）選取 La1-xSrxCoO3-δ(x=0.2, 0.4)材料制備中空纖維膜，并通過 LSC214 對膜材料外表面進(jìn)行修飾，研究 LSC214 對 La1-xSrxCoO3-δ中空纖維膜透氧性能