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基于陶瓷透氧膜的新型02/C02燃烧技术给透氧膜材料的应用开辟了一个广阔的应用前景,该技术相比其他的C02吸收、回收方法,具有成本低、能量损失小、C02捕获完全、NOx排放量低等优点。中空纤维膜的膜面积体积比大,是一种非常有希望大规模应用的膜结构。将中空纤维管状膜进行集成,组装成膜组件(器件),进行大规模的氧气生产或者与其它涉氧工艺耦合应用,是选择了良好的材料体系之后进行大规模工业化生产的一个必须要解决的问题。凝胶注模成型工艺因其独特的优点可以用于制备陶瓷器件来实现膜反应器的组装。
本论文的第一章简要介绍了混合导体透氧膜的氧渗透基本原理和研究概况、中空纤维氧分离膜的研究进展和现状、凝胶注模成型工艺的特点与控制因素以及本论文的研究目的。
第二章对具有高C02耐性的Sr(Coo.,Feo.2)o.8Tio.203-8中空纤维膜的氧渗透能力和耐C02性能进行了研究,并使其与相同组分的片状的膜的性能进行了比较。采用相转换法制备了Sr(Co0.8Fe0.2)0.8Ti0.2O34的中空纤维管状膜。研究发现中空纤维膜因其表面的多孔结构使材料与C02的反应增强了,这就意味着材料的耐C02性能减弱了,在实验中我们发现通过切换吹扫气,中空纤维管的氧渗透速率还可以得到恢复;另外虽然中空纤维管内部是多孔的,使它的双极电导率比不上片状膜,但是因为中空纤维膜管壁很薄,材料的氧渗透性能却明显提高了。
第三章我们研究了高浓度Ti4+离子掺杂的Sr(Co0.8Fe0.2)1-xTixO3-0(x=0.2、0.3、0.4)中空纤维膜的氧渗透及其耐C02性能,实验发现Sr(Co0.8Fe0.2)1-xTi。03-0中空纤维膜的氧渗透速率随Ti4+离子掺杂量的增加而变小,同时材料的耐C02性能显著提高,膜管的氧渗透速率随温度的升高逐渐增大,在固定温度下,膜管的氧渗透速率随吹扫气流量变大而增大至某一值后基本保持稳定。
第四章采用凝胶注模成型工艺制备了氧化铝陶瓷基体。该基体可用于中空纤维膜的组装。我们制备了固含量为52%的氧化铝料浆,料浆流动性良好且能长时间稳定存在。注模成型后,陶瓷坯体结构均匀,收缩率小于1%,断裂强度达到7Mpa,适合机械加工。