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高温且有氧浓度梯度时,透氧膜材料能有效地将空气中氧氮进行分离,这种制氧技术可以与化石燃料燃烧发电相结合,采用氧气(O2,浓度>95%)代替空气进行燃烧,再将氧气/二氧化碳(O2/CO2)回收作为化石燃料的助燃剂,会进一步产生高浓度的CO2以便于后续捕捉,这种方法可以降低CO2的捕获成本。在此应用过程中,钙钛矿透氧膜材料易受CO2气体的腐蚀,造成膜材料结构的破坏,从而影响透氧率。一般来讲单相混合导体透氧膜材料存在稳定性和机械强度不足等问题,不能满足实际应用要求。本文开发并合理设计了一种耐CO2气氛、高渗透量的Ce0.9Gd0.1O2-δ-SrCo0.8Fe0.1Nb0.1O3-δ(CGO-SCFN)双相膜材料,并对该双相透氧膜材料进行了系统的研究。通过固相合成法制备了单相SCFN粉末,用两锅法与商用CGO粉体固相混合制备出了两相不同比例的双相混合导体透氧膜CGO-SCFN粉体,干压成型烧结后得到致密的CGO-SCFN膜片。通过XRD、SEM等分析手段发现双相膜中两相化学相容性较好,晶粒大小分布均匀。随着萤石型氧离子导电相CGO比例的增加,其透氧量逐渐降低,对所有不同比例的双相透氧膜来说,其透氧量随着温度的升高和膜片厚度的降低而增加。在900°C,Air/He氧浓度梯度下,1.0 mm的60CGO-40SCFN的透氧量达到0.74 mL·min-1·cm-2。随着80CGO-20SCFN双相膜片厚度的减小,透氧速控步骤逐渐由体相扩散向表面氧交换控制过渡。进一步研究了CO2对CGO-SCFN双相膜材料的结构及透氧性能的影响。通过非透氧(静态)和透氧(动态)两种实验条件,观察CO2对膜材料的腐蚀情况,实验结果表明,随着CGO比例的增加,吹扫侧的CO2对双相膜片的影响逐渐减小,80CGO-20SCFN双相膜在CO2气氛中具有更好的稳定性。在900°C,100%CO2吹扫时,70CGO-30SCFN和80CGO-20SCFN双相膜的透氧量大概稳定在0.23mL·min-1·cm2,并且在110 h的测试中保持稳定。对0.6 mm的80CGO-20SCFN进行表面涂层改性后,其透氧量在平衡状态下可以保持为0.50 mL·min-1·cm2。在研究CO2对双相膜材料的腐蚀机制时发现,对于70CGO-30SCFN和80CGO-20SCFN双相膜片而言,膜片在CO2气氛中透氧时,其吹扫侧出现了硫酸盐。我们从实验和理论计算两种角度出发,认为这种现象是由于样品中含有硫杂质,在Air/CO2氧浓度梯度下,硫杂质可能会迁移至膜片的吹扫侧。这种迁移是由透氧时的氧化学梯度造成的,并且CO2气体的吹扫也可以加速硫的迁移。理论计算结果表明,硫杂质原子更倾向于占据氧空位的位置,当CO2气体吹扫时,由于膜片表面形成的碳酸盐会夺走锶原子,从而形成锶空位,这样硫原子就会跳到吹扫侧锶原子的空位上,形成混合的硫化物和碳酸盐。