[发明专利]一种耐CO2钙钛矿型透氧膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐CO₂钙钛矿型透氧膜材料及其制备方法，属功能陶瓷制造技术领域。

背景技术

当前，随着经济社会的快速发展，国内对煤炭、石油、天然气等能源需求不断增长。大量的化石燃料消耗势必导致CO₂排放量猛烈增长，进而引发温室效应的急剧增加。尽管国内能源结构在不断优化升级中，但我国以煤炭为主，富煤贫油的能源格局仍长期保持不会改变。现实的能源问题和紧迫的环境问题要求彻底解决这个问题，一种有效的方式是将二氧化碳从工业生产或相关能源产业的排放源中捕集并存储起来。而针对二氧化碳的捕集和封存技术研究也正在受到研究者们越来越多的关注。目前，二氧化碳捕集和封存的途径主要有三种类型：燃烧后捕获（烟气分离，成本较高）、燃料前捕获（煤气化重整，成分技术复杂）和富氧燃烧捕获（操作便利，成本较低）。

经研究表明，在当前针对二氧化碳的捕获存储应用途径中，富氧燃烧技术因被认为是最适合大规模工业生产应用的方法，因而受到了高度关注。用纯氧代替空气对化石能源进行充分燃烧，可以使碳氧化合物完全转化并大大减少氮氧化物的排放，且产生的尾部气体也仍以水蒸气、CO₂为主，通过换热、冷却和压缩清除水汽后可以得到用于捕获封存的高纯度CO₂。

混合导体透氧膜是一类重要的致密无机膜，其离子电子导体钙钛矿相结构能够对空气中的氧气进行100%选择性渗透，且在连续制氧的过程中能大幅节省生产成本及降低能源消耗。因而，将富氧燃烧方法与透氧膜技术相结合可极大地降低CO₂的捕获成本，适合大规模的工业生产推广。但在富氧燃烧过程中，在通入气体前常利用混合导体透氧膜进行氧气分离时混入一部分CO₂ 气体作为吹扫气在降低氧分压提高氧通量的同时控制燃烧温度降低能源消耗，因此要求透氧膜材料在具有高透氧速率的同时，还要有较高的耐CO₂腐蚀稳定性能。针对这种情况，我们从具有高透氧量的BaCo_0.88Nb_0.12O_3-δ材料入手，通过借助La元素高价态低半径的弱碱性特点，在A位部分掺杂一定比例稀土元素La，在此基础上B位掺杂不同比例的变价Fe元素，兼顾材料透氧及结构稳定性能，固相合成制备Ba_0.8La_0.2Co_0.88-xFe_xNb_0.12O_3-δ透氧膜材料，实现在CO₂气氛条件下透氧稳定性能的提升。

发明内容

本发明的目的在与提供一种耐CO2钙钛矿型透氧膜材料及其制备方法。

本发明一种耐CO₂钙钛矿型透氧膜材料，其特征在于具有下述的元素组成：Ba_0.8La_0.2Co_0.88-xFe_xNb_0.12O_3-δ;其中，摩尔分数x=0.1~0.5。

本发明一种耐CO₂钙钛矿型透氧膜材料的制备方法，其特征在于具有以下过程如步骤：

a、按上述化学表达式各组分元素的原子摩尔分数比（即化学计量比）称取分析纯原料BaCO₃、LaCO₃、Co₃O₄、Fe₂O₃、Nb₂O₅；按照一定的质量比即料: 酒精=1:0.4和料:锆球=（2~2.5）:1分别用作球磨分散介质和细磨转子，进行48 h湿混充分均匀混合、初次球磨。烘干后，在200-250 MPa压力下块状成型，将块状素坯在1070~1190 ℃下焙烧使充分预成相。

b、预烧成相后，粉体材料过筛后，进行36 h行星式酒精湿混二次球磨，使粉体粒径保持在1.8~2 μm之间，干燥后得到单相预成相粉体。

c、向上述粉体中加入适量的分散剂油酸和粘结剂羧甲基纤维素钠; 粉体、分散剂和粘结剂按照100：(0.25 ~ 0.55)：(0.45 ~ 0.65) 的质量比先后加入，充分均匀混合; 并利用钢制磨具在100~210 MPa压力下保压90 s后分别成型，将得到的2-4 mm厚度的圆片素坯在1170~1270 ℃烧结8~10 h得到钙钛矿型透氧膜片。

附图说明