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致密陶瓷透氧膜在高温下能够选择性地将氧气从空气中分离，低成本地得到工业上大量需要的高纯氧气，因此在能源和化工领域具有广阔的应用前景。本论文的主要内容就是研究高稳定性致密陶瓷透氧膜材料、基于透氧膜的甲烷部分氧化制合成气反应器和化石燃料纯氧燃烧器。 将陶瓷透氧膜作为膜反应器，用于甲烷部分氧化制合成气，能够较大幅度地降低合成气的生产成本，近十年来引起了众多的关注。本论文的第一章介绍了陶瓷透氧膜用于合成气生产的研究现状，分析了这一领域研究中存在的难题，并展望了以后研究的发展方向。另外，本章还介绍了陶瓷透氧膜用于实现CO2零排放燃烧装置的研究概况。论文的第二章综述了陶瓷透氧膜材料的类型和研究概况，介绍了氧离子—电子混合导体的透氧原理以及影响其透氧性能的因素。 透氧膜用于反应器时，除了必须具备高的透氧能力外，还要求在高温和大氧分压梯度下具有足够的化学和机械稳定性。目前研究的单相材料体系中，很难找到同时满足上述要求的材料，在透氧性能和稳定性之间总是存在此消彼长的矛盾。要解决这个矛盾，一个可能的途径是采用具有双相组成的膜材料，氧离子和电子分别在不同的相里传输。第三章研究了由氧离子导体Y0.2Zr0.8O1.9和电子导体La0.8Sr0.2CrO3-δ组成的双相复合透氧膜。对于两相体积比为60：40、壁厚为1.2mm的管状膜，在“空气／氦气”梯度下，即膜一面暴露空气中，另一面用高纯氦吹扫时，在950℃时测得透氧率为9.2×10-9cm3cm-2min-1。在“空气／（20％CO+80％He）”氧分压梯度下，930℃透氧率达到3.2×10-8cm3cm-2min-1。这种材料的透氧过程受到其表面氧交换步骤的控制，通过改善其表面过程，可望使其透氧能力得到提高。Y0.2Zr0.8O1.9-La0.8Sr0.2CrO3-δ双相材料体系具有很好的化学和机械稳定性，能够适应强还原性的工艺环境，因此经过改进后有望应用于膜反应器。鉴于Ce0.8Sm0.2O2-δ的氧离子导电率比Y0.2Zr0.8O1.9高一个数量级左右，由其和La0.8Sr0.2CrO3-δ构成的双相透氧膜应具有比Y0.2Zr0.8O1.9-La0.8Sr0.2CrO3-δ高得多的透氧能力。论文第四章研究了Ce0.8Sm0.2O2-δ-La0.8Sr0.2CrO3-δ双相膜在大氧分压梯度下的透氧行为及稳定性。对于两相体积比为60：40，壁厚为1.1mm的管状膜，在