[发明专利]一种具有良好稳定性的含铝双相混合导体透氧膜材料及其制备方法

说明书

本发明设计并制备了一种高透氧量的含铝双相混合导体透氧膜材料，属于无机功能陶瓷制造技术领域。该双相混合导体透氧膜材料的通式为60Ce_0.9La_0.1O_2‑δ‑40La_0.6Sr_0.4Co_1‑xAl_xO_3‑δ(x＝0.05，0.1，0.2，0.3，0.35)；首先使用改进过的一锅‑溶胶‑凝胶法制备所需的粉体，而后将粉体在马弗炉中950℃下煅烧12小时从而得到前驱体，将粉末压片并在1250℃烧结，最后得到所需的混合导体透氧膜。通过调控具有多价态且经济的Al元素的比例从而得到高透氧量的混合导体透氧膜材料。本发明制备的双相膜材料在氦气/二氧化碳等气体吹扫下具有优异的氧通量。且在低氧氩气，腐蚀性二氧化碳气氛下展现出了良好的长期稳定性，本发明可以作为新型氧源应用于高温复杂气氛用氧行业，例如富氧燃烧，水分解及甲烷偶联等领域。

技术领域

本发明属于功能陶瓷制造技术领域，具体涉及一种化学成分60％Ce_0.9La_0.1O_2-δ-40％La_0.6Sr_0.4Co_1-xAl_xO_3-δ双相混合导体透氧膜材料及其制备方法。

背景技术

随着陶瓷透氧膜材料的不断发展，它作为一种环保，清洁，高效的空气分离膜也受到越来越多的关注。尤其是，透氧膜材料对二氧化碳的耐蚀性使其能够有针对性地捕获和储存二氧化碳，因此被认为是可以改善环境和气候问题的潜在材料。而就目前来看，双相混合导体透氧膜材料由于其优异的氧选择透过性，耐二氧化碳等特性更多地应用于富氧燃烧，甲烷部分偶联和POM领域。

然而，其工业应用之路并不理想。阻碍混合导体透氧膜材料发展的主要原因是其较低的透氧速率和较差的机械强度。这其中的根本原因在于大多数含有碱金属元素的双相混合导体透氧膜材料在高温CO₂气氛中很容易形成碳酸盐杂质相，从而阻塞了氧气的传输通道，大大降低了膜体材料的透氧性能、机械强度以及其稳定性。而对于某些传统的单相钙钛矿薄膜材料来说，它们在热循环过程中具有较大的线性膨胀系数，并且其化学稳定性和结构稳定性也很差。

为了尽可能平衡氧气渗透活性与膜体材料的稳定性，许多研究小组正在为此做出努力。zhang等人开发了一系列基于SrFeO_3-δ的透氧膜材料，这些材料使用诸如Zr，Mo和W的高价金属离子代替B位。结果表明，该无CO体系可在CO₂等功能气体下稳定保持结构，并具有一定的透氧性。shi等人制备了一种含Al的双相混合导体透氧膜材料，研究发现少量Al掺杂不仅能有效降低烧结温度，同时还能够提升体系电导率。据此，本专利发明了一种高透氧量的含铝双相混合导体透氧膜材料60％Ce_0.9La_0.1O_2-δ-40％La_0.6Sr_0.4Co_1-xAl_xO_3-δ(x＝0.05，0.1，0.2，0.3，0.35)。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是一种高透氧量的含铝双相混合导体透氧膜材料及其制备方法。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高透氧量的含铝双相混合导体透氧膜材料，其特征在于具有以下的化学式及重量百分比：

60％Ce_0.9La_0.1O_2-δ-40％La_0.6Sr_0.4Co_1-xAl_xO_3-δ(x＝0.05，0.1，0.2，0.3，0.35)