钙钛矿型混合导体膜材料在能源、环境等领域中具有广泛的应用前景。高的氧渗透通量和良好的化学稳定性是其能够工业应用的两个基本要求，然而这两方面通常是矛盾的。本文对所开发的具有良好低氧分压稳定性的含Co材料，以及具有良好耐还原能力的不含Co材料进行膜反应研究。发现单层膜反应器难以在高氧通量与高化学稳定性之间获得平衡。因此提出了制备多孔-致密双层复合膜反应器的理念，并将实验室前期开发的分别具有高的氧渗透性能和良好耐还原性能的材料用作双层膜的致密层和多孔层材料，用喷涂法制备双层复合膜。并将该膜反应器成功用于甲烷部分氧化制合成气(POM)反应。这种多孔-致密双层复合膜反应器的设计为获取高的氧渗透通量和化学稳定性提供一种新的思路。主要研究内容如下：　　⑴Mo掺杂的Ba0.3Sr0.7Co0.4Fe0.6O3-δ混合导体膜材料研究。在研究者对膜材料A、B位不同离子的引入而带来不同性能的膜材料开发策略指导下，以SrFeO3-δ基钙钛矿氧化物为基体，采用在材料的A、B位分别引入Ba、Mo离子，开发出Ba0.3Sr0.7Co0.4Fe0.6-xMox(x=0，0.03，0.05，0.07，0.1)新型混合导体氧渗透膜材料。系统研究了Mo掺杂量对材料晶体结构、热膨胀行为、氧渗透性能的影响，并将具有最佳Mo掺杂量的混合导体膜进行了甲烷部分氧化膜反应性能测试。研究表明，少量Mo的引入降低了材料的热膨胀系数，增加了材料在低氧分压下的稳定性。经过600小时的POM反应，所制备的Ba0.3Sr0.7Co0.4Fe0.55Mo0.05O3-δ膜仍然保持完整。在900℃，膜的氧渗透通量，CH4转化率，CO选择性分别达到了12.45 ml(STP) cm-2·min-1，90.56％，93％。　　⑵Ba0.3Sr0.7Fe0.9Mo0.1O3-δ混合导体氧渗透膜反应器的POM反应研究。鉴于含Co材料的化学稳定性较差，实验室开发了一种不含Co的Ba0.3Sr0.7Fe0.9Mo0.1O3-δ混合导体致密氧渗透膜材料。该材料在还原性气氛下具有良好的化学稳定性。为了进一步验证其在实际使用过程中性能，我们制备了Ba0.3Sr0.7Fe0.9Mo0.1O3-δ膜反应器，并将它用于POM实验。系统研究了反应温度、甲烷流量、氦气流量、以及空气流量等操作条件对该膜反应器性能的影响，并在优化的操作条件下进行了膜的长期稳定性测试。研究发现，Ba0.3Sr0.7Fe0.9Mo0.1O3-δ氧渗透膜反应器成功进行了1000小时的长期稳定性运行，其CH4转化率、CO选择性和氧渗透通量分别达到了93％，92％，9.8 ml(STP) cm-2·min-1，反应后的膜仍然保持原有的致密结构。　　⑶新颖的具有长期稳定性的多孔-致密双层复合膜反应器研究。针对单层混合导体氧渗透膜反应器在反应过程中存在高的氧渗透通量与好的化学稳定性矛盾的问题，我们提出了制备多孔——致密双层复合膜反应器的理念，并将实验室前期开发的分别具有高的氧渗透性能和好的耐还原性能的SCFNb及BSFM用作双层膜的致密层和多孔层材料。用喷涂法制备双层复合膜，同时制备了BSFM-SCFNb膜反应器。为了验证其性能，我们在膜反应器上进行了POM实验。对膜反应器的长期稳定性，在不同操作条件的性能变化，以及反应后的催化剂积碳和膜界面处的元素扩散的现象进行了考察和研究。发现，在900℃氧渗透通量，CH4转化率，CO选择性和H2产率分别达到了18.6 ml(STP) cm-2 min-1，99.34％，94％和53.67 ml(STP) cm-2 min-1。同时在850℃下成功进行了1500小时的长期稳定性测试。反映后的双层膜两侧和膜主体保持了原有的钙钛矿结构，膜两层界面处的元素扩散和催化剂的积碳现象可忽略不计。这种多孔-致密双层复合膜反应器的设计为获取高的氧渗透通量和好的化学稳定性提供一种新的思路。