[发明专利]用于氧分离的用La0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.7O3-δ涂覆的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ膜及其制备方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及用于氧分离的钙钛矿型混合传导膜及其制备方法，更具体涉及用于氧分离的用La_0.6Sr_0.4Ti_0.3Fe_0.7O_3-δ(LSTF-6437)涂覆的Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(BSCF-5582)膜和制备用于氧分离的膜的方法，其中用组成为La_0.6Sr_0.4Ti_0.3Fe_0.7O_3-δ(LSTF-6437)的膜涂覆组成为Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(BSCF-5582)的膜，由此该用于氧分离的膜具有改善的氧渗透特性和改善的对二氧化碳的阻隔。

现有技术描述

近来，离子传导膜由于它们氧分离的性质而受到关注。特别地，致密陶瓷膜具有将氧从包含氧的混合气体中分离出来的优异性能，因此能够被用于广泛的领域和工业，包括钢铁工业、合成气生产、氧燃烧方法和二氧化碳捕集方法。如本领域已知的，氧燃烧技术是在氧燃烧后用于分离并捕集二氧化碳的典型二氧化碳捕集技术。

当将高于95％的纯氧供给至锅炉时，仅用氧使锅炉中的燃料燃烧，从而能够容易地使高浓度二氧化碳分离出来而不需要诸如吸收胺的用于分离的分离方法。然而，如果使用大气而不使用从其中分离氧的任何处理，则其将不会受到空气中二氧化碳的影响。

为了在氧分离方法中使用陶瓷膜，应确保膜在高温下在二氧化碳气氛中的稳定性。能够通过调节诸如膜的组成或厚度、方法条件等许多参数来改善陶瓷膜的氧渗透特性。在这样的性质中，膜的材料和组成对于在方法条件下获得足够的氧流速和膜稳定性是重要因素。

迄今为止，由于致密膜的高氧渗透通量，对于透过钙钛矿型致密膜的氧渗透的许多研究已经集中在掺杂锶的(LaSr)(CoFe)O_3-δ和(BaSr)(CoFe)O_3-δ上。

已经通过将BSCF-5582粉末置于不锈钢模具中并采用单轴压制使粉末形成圆盘状制备出了钙钛矿型Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(下文称为‘BSCF-5582’)膜。

图1显示作为烧结温度的函数的现有技术BSCF-5582膜的X-射线衍射(XRD)分析结果。

参见图1，在1100℃的烧结温度下BSCF-5582膜显示出对应于单相钙钛矿结构的峰，但当将其在900℃烧结时，未显示钙钛矿结构的峰，并且出现碳酸盐的峰。因此，在现有技术中，通过将BSCF-5582前体粉末煅烧，将煅烧的粉末单轴压制成圆盘状并在1100℃下将圆盘状材料烧结来获得平膜。

图2显示在变化的温度下，现有BSCF-5582膜的氧渗透试验结果。使用1.0mm厚的膜进行试验，并将氧分压为0.21大气压的不含二氧化碳(CO₂)的合成气(氮和氧79∶21的混合物)作为原料气供给至膜。通过20ml/min的氦气(吹扫气)将渗透通过膜的氧转移至气相色谱(GC)以测量作为温度函数的膜的氧渗透通量。

在图2中能够看出，现有BSCF-5582膜的氧渗透通量随着温度升高而增加，但该增量随着温度升高而逐渐降低。

图3显示现有BSCF-5582膜的氧渗透试验结果，其中在将包含二氧化碳(CO₂)的合成气供给至膜的同时进行试验。在该试验中，分别将包含二氧化碳(CO₂)的浓度为300ppm、500ppm和700ppm的每种原料气供给至膜，并且除了原料气的组成以外，其试验条件与图2中所述的试验条件相同。即：使用1.0mm厚的膜进行试验，原料气的氧分压为0.21大气压，通过20ml/min的氦气(吹扫气)将渗透通过膜的氧转移至气相色谱(GC)以测量作为温度函数的膜的氧渗透通量。