钙钛矿陶瓷中空纤维透氧膜的一步烧结法制备与性能研究
发布时间：2020-08-14 12:08
【摘要】：钙钛矿陶瓷中空纤维透氧膜因具有分离效率高、安装简单、能耗低以及对氧100%的选择透过性等优点而受到广泛关注,但是陶瓷中空纤维透氧膜存在着制备过程复杂、成本高、反复高温处理能耗大、废气污染和热膨胀等问题限制了其工业化生产和应用。本文将陶瓷透氧膜材料的制备与中空纤维膜的制备相结合,经过一步烧结制备BaBi0.05Co0.85Zr0.1O3-δ(BBCZ)陶瓷中空纤维透氧膜,缩减了制备过程,有利于实现陶瓷中空纤维透氧膜的工业化生产;同时,探究了 Zr元素掺杂量对BBCZ中空纤维透氧膜的热膨胀和透氧量等性能的影响。使用金属氧化物和碳酸盐作为金属离子来源,经湿法球磨混合均匀后直接利用相转化-烧结技术制备得到了致密的BBCZ陶瓷中空纤维透氧膜。金属氧化物和碳酸盐粉体在有粘结剂的条件下经过高温烧结可以直接形成钙钛矿相,得到钙钛矿陶瓷中空纤维透氧膜。所制备的陶瓷中空纤维膜的机械强度达到75.83 MPa。在吹扫气为Ar(流速为150 mL/min)、原料气为空气(流速为150 mL/min)条件下,测试温度为650℃时,即在渗透气侧检测到02,测试温度为1000℃时氧气渗透通量达到5.01mLmin-1 cm-2,高于工业化应用要求的陶瓷中空纤维透氧膜透氧量30.2%。通过改变 Zr 元素的掺杂量制备了 BaBi0.05Co0.95-xZrxO3-δ(x=0、0.05、0.1、0.15、0.2)系列陶瓷中空纤维透氧膜,探究了 Zr元素掺杂对BaBi0.05Co0.95O3-δ膜材料性能的影响。随着Zr元素掺杂量的增加,所制备的中空纤维膜的机械强度逐渐增大,当掺杂量为0.2时达到110.54 MPa;热膨胀系数逐渐减小,当掺杂量为0.2时降为12.26×10-6 K-1,相比于BaBi0.05Co0.95O3-δ材料降低了 57.3%,有效地改善了材料的热膨胀性能;氧渗透通量呈现出先升高再降低的趋势,相同测试条件下,掺杂量为0.1时透氧量最高。Zr元素掺杂量为0.15时所制备的中空纤维膜的机械强度为87.73 MPa,热膨胀系数为15.76× 10-6K-1,1000℃测试时透氧量最高达到4.54 mLmin-1cm-2,综合性能最好。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893
【图文】：
天津工业人学硕士学位论文渡金属元素，替代后的钙钛矿的结构通式为Ａ、ＡＶ、ＢｙＢ、．０３＿ｓ，其中ｘ和０和１之间，Ｓ表示在这种钙钛矿材料结构中氧空穴的浓度。在众多的钙料中，研究最多的是邋Ｌａｉ＿ｘＳｒｘＣｏ丨．ｙＦｅｙ０３－６邋（ＬＳＣＦ）邋［３．５］和邋Ｂａｉ．ｘＳｒｘＣｏ卜ＦｅｙＯＳＣＦ）邋［６］这两种材料，在研究测试中发现它们具有优异的稳定性，但是透能并没有很好，因此需要开发新型的材料。逡逑
合导体膜材料是一种致密的陶瓷膜，膜表面并没有氧气通过的直接通道，它的渗逡逑透机理是比较复杂，主要基于表面交换动力学原理以及扩散原理，粗略的可以看逡逑作氧气的解离、扩散和聚合的过程。根据图１－２我们粗略的把氧渗透过程分为以逡逑下几个步骤：逡逑办装分侧逦低逡逑ｊ邋－＿邋＿邋￣邋＜逡逑0邋；邋0邋；邋０邋0邋0逡逑（３）邋／２ｈ－邋＼逡逑⑴（２）…彳逦一邋—：逡逑0２邋逦逦？；邋Ｏ邋；邋0邋：邋°邋Ｏ邋；邋Ｏ逡逑＼…｜４）⑶逡逑0邋Ｏ邋0邋0邋；逡逑ｉ逦．１逡逑２邋ＩＴ逡逑图１－２混合离子电子陶瓷膜氧n蛲腹体义希ㄘ┭跗痈哐跹谷ネü┥⑵嘧撇⑶椅降侥け砻妫义希ǎ玻┭跗谔沾赡け砻娣⑸说绾傻淖平换恍纬删Ц裱踅氲侥さ哪诓浚义希靛义
本文编号：2793010
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893
【图文】：
天津工业人学硕士学位论文渡金属元素，替代后的钙钛矿的结构通式为Ａ、ＡＶ、ＢｙＢ、．０３＿ｓ，其中ｘ和０和１之间，Ｓ表示在这种钙钛矿材料结构中氧空穴的浓度。在众多的钙料中，研究最多的是邋Ｌａｉ＿ｘＳｒｘＣｏ丨．ｙＦｅｙ０３－６邋（ＬＳＣＦ）邋［３．５］和邋Ｂａｉ．ｘＳｒｘＣｏ卜ＦｅｙＯＳＣＦ）邋［６］这两种材料，在研究测试中发现它们具有优异的稳定性，但是透能并没有很好，因此需要开发新型的材料。逡逑
合导体膜材料是一种致密的陶瓷膜，膜表面并没有氧气通过的直接通道，它的渗逡逑透机理是比较复杂，主要基于表面交换动力学原理以及扩散原理，粗略的可以看逡逑作氧气的解离、扩散和聚合的过程。根据图１－２我们粗略的把氧渗透过程分为以逡逑下几个步骤：逡逑办装分侧逦低逡逑ｊ邋－＿邋＿邋￣邋＜逡逑0邋；邋0邋；邋０邋0邋0逡逑（３）邋／２ｈ－邋＼逡逑⑴（２）…彳逦一邋—：逡逑0２邋逦逦？；邋Ｏ邋；邋0邋：邋°邋Ｏ邋；邋Ｏ逡逑＼…｜４）⑶逡逑0邋Ｏ邋0邋0邋；逡逑ｉ逦．１逡逑２邋ＩＴ逡逑图１－２混合离子电子陶瓷膜氧n蛲腹体义希ㄘ┭跗痈哐跹谷ネü┥⑵嘧撇⑶椅降侥け砻妫义希ǎ玻┭跗谔沾赡け砻娣⑸说绾傻淖平换恍纬删Ц裱踅氲侥さ哪诓浚义希靛义
本文编号：2793010
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/2793010.html
