【摘要】：鈣鈦礦陶瓷中空纖維透氧膜因具有分離效率高、安裝簡(jiǎn)單、能耗低以及對(duì)氧100%的選擇透過(guò)性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注,但是陶瓷中空纖維透氧膜存在著制備過(guò)程復(fù)雜、成本高、反復(fù)高溫處理能耗大、廢氣污染和熱膨脹等問(wèn)題限制了其工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。本文將陶瓷透氧膜材料的制備與中空纖維膜的制備相結(jié)合,經(jīng)過(guò)一步燒結(jié)制備BaBi0.05Co0.85Zr0.1O3-δ(BBCZ)陶瓷中空纖維透氧膜,縮減了制備過(guò)程,有利于實(shí)現(xiàn)陶瓷中空纖維透氧膜的工業(yè)化生產(chǎn);同時(shí),探究了 Zr元素?fù)诫s量對(duì)BBCZ中空纖維透氧膜的熱膨脹和透氧量等性能的影響。使用金屬氧化物和碳酸鹽作為金屬離子來(lái)源,經(jīng)濕法球磨混合均勻后直接利用相轉(zhuǎn)化-燒結(jié)技術(shù)制備得到了致密的BBCZ陶瓷中空纖維透氧膜。金屬氧化物和碳酸鹽粉體在有粘結(jié)劑的條件下經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)可以直接形成鈣鈦礦相,得到鈣鈦礦陶瓷中空纖維透氧膜。所制備的陶瓷中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到75.83 MPa。在吹掃氣為Ar(流速為150 mL/min)、原料氣為空氣(流速為150 mL/min)條件下,測(cè)試溫度為650℃時(shí),即在滲透氣側(cè)檢測(cè)到02,測(cè)試溫度為1000℃時(shí)氧氣滲透通量達(dá)到5.01mLmin-1 cm-2,高于工業(yè)化應(yīng)用要求的陶瓷中空纖維透氧膜透氧量30.2%。通過(guò)改變 Zr 元素的摻雜量制備了 BaBi0.05Co0.95-xZrxO3-δ(x=0、0.05、0.1、0.15、0.2)系列陶瓷中空纖維透氧膜,探究了 Zr元素?fù)诫s對(duì)BaBi0.05Co0.95O3-δ膜材料性能的影響。隨著Zr元素?fù)诫s量的增加,所制備的中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度逐漸增大,當(dāng)摻雜量為0.2時(shí)達(dá)到110.54 MPa;熱膨脹系數(shù)逐漸減小,當(dāng)摻雜量為0.2時(shí)降為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熱膨脹性能;氧滲透通量呈現(xiàn)出先升高再降低的趨勢(shì),相同測(cè)試條件下,摻雜量為0.1時(shí)透氧量最高。Zr元素?fù)诫s量為0.15時(shí)所制備的中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度為87.73 MPa,熱膨脹系數(shù)為15.76× 10-6K-1,1000℃測(cè)試時(shí)透氧量最高達(dá)到4.54 mLmin-1cm-2,綜合性能最好。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ051.893
【圖文】：

天津工業(yè)人學(xué)碩士學(xué)位論文渡金屬元素，替代后的鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)通式為Ａ、ＡＶ、ＢｙＢ、．０３＿ｓ，其中ｘ和０和１之間，Ｓ表示在這種鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)中氧空穴的濃度。在眾多的鈣料中，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］這兩種材料，在研究測(cè)試中發(fā)現(xiàn)它們具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，但是透能并沒(méi)有很好，因此需要開(kāi)發(fā)新型的材料。逡逑

合導(dǎo)體膜材料是一種致密的陶瓷膜，膜表面并沒(méi)有氧氣通過(guò)的直接通道，它的滲逡逑透機(jī)理是比較復(fù)雜，主要基于表面交換動(dòng)力學(xué)原理以及擴(kuò)散原理，粗略的可以看逡逑作氧氣的解離、擴(kuò)散和聚合的過(guò)程。根據(jù)圖１－２我們粗略的把氧滲透過(guò)程分為以逡逑下幾個(gè)步驟：逡逑辦裝分側(cè)邐低逡逑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）…彳邐一邋—：逡逑0２邋邐邐？；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邐．１逡逑２邋ＩＴ逡逑圖１－２混合離子電子陶瓷膜氧n蟯腹體義希ㄘ┭跗癰哐躚谷ネü┥⑵嘧撇⑶椅降僥け礱媯義希ǎ玻┭跗諤沾贍け礱娣⑸說(shuō)綰傻淖平換恍緯刪Ц裱踅氳僥さ哪誆�，辶x希靛義

本文編號(hào)：2793010