[发明专利]一种CO2

说明书

本发明公开了一种CO₂稳定的双相混合导体透氧膜及其制备方法与应用。其化学通式为x Ce_0.9La_0.1O_2‑δ‑y La₂CuO_4+δ，其中δ代表氧原子得失的数目，为非化学计量，0≤δ≤1，0x1，0y1。本发明的透氧膜材料采用溶胶‑凝胶一锅法制备。本发明通过引入高氧离子导电性的萤石型氧化物作为氧离子传导相，构建两相从而提升材料的透氧性能。本发明选用的双相膜材料不含碱土金属元素，且所得的两相未发现有相反应，其在CO₂气氛下也具有较好的稳定性，可用于从空气中分离提纯氧气，也可以与涉氧反应耦合构建膜反应器，用于甲烷氧化偶联制乙烯以及水裂解制氢等反应。

技术领域

本发明属于混合导体膜材料技术领域，具体涉及一种CO₂稳定的双相混合导体透氧膜及其制备方法与应用。

背景技术

混合导体透氧膜是一种既有氧离子导电性又有电子导电性的材料，在无外加电场的条件下，它也能同时传导氧离子和电子。理论上，混合导体透氧膜对氧气的分离选择性能达到100％，并且是一种经济且操作简便的方法。与目前的深冷分离技术相比，基于混合导体透氧膜的氧气分离过程能降低约60％的能耗并且节约35％左右的生产成本，除了用于氧气分离之外，混合导体透氧膜还能通过与反应耦合构建膜反应器，用于甲烷氧化偶联制乙烯以及水裂解制氢等反应，其在固体氧化物燃料电池方面也有着广泛的应用前景。

透氧膜材料主要有三种类型：钙钛矿型氧化物、K₂NiF₄型氧化物和萤石型氧化物。钙钛矿型氧化物是一种透氧量相对较高的材料，但其大多含有碱土金属元素，在CO₂气氛中易生成碳酸盐，导致其结构不稳定，因此限制了其工业化应用。K₂NiF₄型氧化物的结构不对称，存在各向异性限制了其氧离子的迁移，导致其透氧量不高，但其结构相对稳定，受到了人们的广泛关注。萤石型氧化物是一种氧离子电导率较高的材料，但其电子电导率不高，通常需要电场驱动力的作用或构建双相膜材料来提升材料的透氧性能。(Zhu X,Yang W:Chapter 12-Critical Factors Affecting Oxygen Permeation Through Dual-phaseMembranes,Oyama S T,Stagg-Williams S M,editor,Membrane Science andTechnology:Elsevier,2011:275-293.)

据美国能源部的数据显示，在未来的一二十年里，碳氢化合物对于世界能源供应的占比仍将大于60％，而碳氢化合物的燃烧产物是CO₂。La₂CuO₄是一种不含碱土金属元素的铜基材料,在CO₂气氛中具有较好的相结构稳定性,将其构筑催化膜反应器有一定的应用潜力，但单相的La₂CuO₄透氧量不高,其应用受到了限制。

发明内容

为了解决现有技术的缺点与不足之处，本发明通过在La₂CuO₄中引入氧离子导电相构建双相混合导体透氧膜来提升其透氧性能,以满足实际应用的需要。本发明的目的是提供一种在CO₂气氛中稳定的双相混合导体透氧膜及其制备方法与应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现。

一种CO₂稳定的双相混合导体透氧膜，其化学通式为：x Ce_0.9La_0.1O_2-δ-y La₂CuO_4+δ，其中δ代表氧原子得失的数目，为非化学计量，0≤δ≤1，0x1，0y1，x+y＝1。