[发明专利]透氧膜

说明书

相关申请的参考

本申请要求基于2012年9月5日提出申请的日本专利申请第2012-195247号的优先权，引用该日本申请中记载的全部的内容。

技术领域

本发明涉及选择性透过氧气的透氧膜。

背景技术

一直以来，作为选择性透过氧气的透氧膜，已知有将表现出氧离子(氧化物离子)传导性的氧化物(例如，钆固溶氧化铈)和表现出电子传导性的氧化物(例如，含有铁的尖晶石型复合氧化物)混合而成的透氧膜。作为这种透氧膜的用途之一，已知生成自改性原料生成氢气的改性反应所需的氧气这样的用途(例如，参见专利文献1)。该现有技术中，公开了如下的方法：使用透氧膜自空气中提取氧气，使用所得到的氧气将烃系燃料等改性原料通过部分氧化反应而改性，得到用于供给于燃料电池等的氢气的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-281086号公报

专利文献2：日本特开平5-238738号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，已知，这种透氧膜的制造时，将作为原料的表现出氧离子传导性的氧化物和表现出电子传导性的氧化物混合并焙烧时，两种氧化物发生反应，生成与这些氧化物不同组成的非均相。这种非均相通常为高电阻，非均相的生成会引起透氧膜的性能降低。因此，期望构成透氧膜的氧化物的稳定性和透氧性能优异的透氧膜。

需要说明的是，构成透氧膜的氧化物的稳定性的问题不仅在透氧膜的制造时发生，而且在使用透氧膜进行透氧时也会产生。例如，在进行部分氧化反应的改性装置中使用透氧膜时，透氧膜暴露于作为还原性物质的改性原料，并且暴露于与部分氧化反应的反应温度相应的高温下。即，会暴露于高温的还原气氛下。这种情况下也有时构成透氧膜的氧化物彼此发生反应，或构成透氧膜的氧化物被还原，引起透氧膜的性能降低。如此，对于透氧膜，期望提高透氧膜的稳定性的技术、确保透氧膜的性能的技术。另外，对于透氧膜，期望作为透氧膜的性能的提高、低成本化、制造的容易化等。

用于解决问题的方案

本发明是为了解决上述问题而做出的，可以按照以下的方案来实施。

(1)根据本发明的一个方案，提供以氧分压差作为驱动力、自高氧分压侧向低氧分压侧透过氧气的透氧膜。该透氧膜的特征在于，其是将作为氧离子传导体的稳定化氧化锆；以及组成式La_1-xM_xCrO_3-z(式中，M为选自除镁(Mg)以外的碱土金属中的元素，0≤x≤0.3)所示的电子传导体混合而成的。根据该方案的透氧膜，能够提高构成透氧膜的氧化物的稳定性和透氧性能。

(2)根据上述方案的透氧膜，前述组成式中，可以M为钙(Ca)或锶(Sr)，0.15≤x≤0.25。根据该方案的透氧膜，能够进一步提高透氧膜的稳定性和透氧性能。

(3)根据上述方案的透氧膜，可以x＝0.2。根据该方案的透氧膜，能够进一步提高透氧膜的稳定性和透氧性能。特别是M为锶(Sr)时，能够抑制前述组成式中的M向氧化锆中固溶，能够进一步提高透氧膜的稳定性和透氧性能。

(4)根据上述方案的透氧膜，前述组成式中，可以M为钙(Ca)。根据该方案的透氧膜，能够提高透氧膜的相对密度，提高透氧速度。

(5)根据上述方案的透氧膜，可以将前述透氧膜在氢气浓度10％、氮气浓度90％的气氛下、在1000℃下暴露24小时后，在前述透氧膜中实质上未生成非均相。根据该方案的透氧膜，在还原气氛下使用透氧膜时，也能够维持透氧膜的稳定性和透氧性能。

(6)根据上述方案的透氧膜，可以前述透氧膜的相对密度为80％以上。根据该方案的透氧膜，能够提高透氧膜的透氧速度。

(7)根据上述方案的透氧膜，可以前述透氧膜的相对密度为90％以上。根据该方案的透氧膜，能够进一步提高透氧膜的透氧速度，提高透氧膜的性能。

(8)根据上述方案的透氧膜，可以前述组成式中的x的范围为0≤x≤0.2。根据该方案的透氧膜，能够进一步抑制透氧膜中的非均相的生成，提高透氧膜的稳定性。

(9)根据上述方案的透氧膜，前述透氧膜可以通过将前述氧离子传导体和前述电子传导体混合并焙烧而形成。根据该方案的透氧膜，即使进行用于制造透氧膜的焙烧，也能够抑制前述氧离子传导体与前述电子传导体的反应，因此能够提高透氧膜的透氧性能。