论文部分内容阅读
钙钛矿陶瓷中空纤维透氧膜因具有分离效率高、安装简单、能耗低以及对氧100％的选择透过性等优点而受到广泛关注，但是陶瓷中空纤维透氧膜存在着制备过程复杂、成本高、反复高温处理能耗大、废气污染和热膨胀等问题限制了其工业化生产和应用。本文将陶瓷透氧膜材料的制备与中空纤维膜的制备相结合，经过一步烧结制备BaBi0.05Co0.85Zr0.1O3-δ(BBCZ)陶瓷中空纤维透氧膜，缩减了制备过程，有利于实现陶瓷中空纤维透氧膜的工业化生产;同时，探究了Zr元素掺杂量对BBCZ中空纤维透氧膜的热膨胀和透氧量等性能的影响。 使用金属氧化物和碳酸盐作为金属离子来源，经湿法球磨混合均匀后直接利用相转化-烧结技术制备得到了致密的BBCZ陶瓷中空纤维透氧膜。金属氧化物和碳酸盐粉体在有粘结剂的条件下经过高温烧结可以直接形成钙钛矿相，得到钙钛矿陶瓷中空纤维透氧膜。所制备的陶瓷中空纤维膜的机械强度达到75.83MPa。在吹扫气为Ar（流速为150mL/min）、原料气为空气（流速为150mL/min）条件下，测试温度为650℃时，即在渗透气侧检测到O2，测试温度为1000℃时氧气渗透通量达到5.01mLmin-1cm-2，高于工业化应用要求的陶瓷中空纤维透氧膜透氧量30.2％。 通过改变Zr元素的掺杂量制备了BaBi0.05Co0.95-xZrxO3-δ(x=0、0.05、0.1、0.15、0.2)系列陶瓷中空纤维透氧膜，探究了Zr元素掺杂对BaBi0.05Co0.95O3-δ膜材料性能的影响。随着Zr元素掺杂量的增加，所制备的中空纤维膜的机械强度逐渐增大，当掺杂量为0.2时达到110.54MPa;热膨胀系数逐渐减小，当掺杂量为0.2时降为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热膨胀性能;氧渗透通量呈现出先升高再降低的趋势，相同测试条件下，掺杂量为0.1时透氧量最高。Zr元素掺杂量为0.15时所制备的中空纤维膜的机械强度为87.73MPa，热膨胀系数为15.76×10-6K-1，1000℃测试时透氧量最高达到4.54mLmin-1cm-2，综合性能最好。