La2NiO4＋δ透氧膜材料的结构特点与性能

讨论了La2NiO4＋δ透氧膜材料的结构特点及氧渗透性能,对La2NiO4_ δ试样电子衍射谱的分析表明,其结构中由于填隙氧离子的存在及其有序化,出现了超结构现象,并根据此结构对衍射谱进行了指标化,同时探讨了结构特点与透氧机制之间的关系。     

SrCo0.8Fe0.1Sn0.1O3-δ管状透氧膜制备与分离性能表征

用传统塑性挤出法制备SrCo0.8Fe0.1Sn0.1O3-δ(SSCF)致密管状透氧陶瓷膜,并表征了所制备样品的相组成和氧分离性能.研究发现固相反应法制备的SSCF陶瓷粉体,所经过的泥料及塑性成型过程(含去离子水),在1270℃烧成后不会对透氧膜的相组成(由均为立方钙钛矿相的主晶相和少量杂质相构成)产生影响.所获得的SSCF管状透氧膜样品(壁厚1.35mm),在PO2(h)=0.211×105Pa和PO2(l)=0.12×105Pa的较小氧分压梯度下,可以获得0.5×10-6mol/(cm2·s)的氧渗透率(STP);并且在940℃和固定吹扫氦气流量75ml/min的情况下,该样品能长时间保持1.2×10-6mol/(cm2·s)的氧渗透率.     

LSCF系钙钛矿型致密透氧膜的制备及其透氧性能

通过柠檬酸-EDTA络合法合成了不同的A位Sr取代的LSCF系钙钛矿型粉体材料La0.1Sr0.9Co0.8Fe0.2O3-δLa0.3Sr0.7Co0.8Fe0.2O3-δLa0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ和La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ采用XRD测试手段对粉体及膜片的晶体结构进行了表征.用静压片法制备透氧膜,并测定了LSCF系钙钛矿膜的透氧量,分析了温度和A位Sr不同掺杂量等因素对膜透氧性能的影响.结果表明,该系列膜的透氧量均随着温度升高而增大,随着Sr掺杂量的增加而增大.并在850℃下对透氧膜100h透氧稳定性进行实验研究,结果表明,膜片的透氧量随时间没有明显变化,表现出良好的稳定性.     

陶瓷中空纤维透氧膜的制备与性能

应用相转化法制备了La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-α(LSCF)氧离子-电子混合传导陶瓷中空纤维膜, 该陶瓷中空纤维膜具有由多孔层和致密层组成的非对称结构. 经 1300℃的4h烧结后, 可得到致密的LSCF陶瓷中空纤维膜. 烧结后, LSCF粒度变大而其钙钛矿型晶相结构没有发生变化. LSCF中空纤维膜的透氧速率大大高于一般管式膜的氧透量.     

K0.1Sr0.9Co0.8Fe0.2O3-δ透氧膜材料的合成及透氧性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了一种新型钾离子掺杂钙钛矿透氧膜材料K_(0.1)Sr_(0.9)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(KSCF),并系统考察了该透氧膜材料的透氧量、稳定性和速率控制步骤等.XRD表征显示,钾离子在钙钛矿A位掺杂量低于或等于10%不会改变KSCF立方钙钛矿结构.SEM分析显示,KSCF膜片在1 220℃焙烧可高度致密,并且KSCF长期放置仍然保持了高机械强度,不会出现类似SrCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(SCF)材料的粉化解体.氧渗透实验结果表明,操作温度的升高、膜片厚度的降低以及吹扫气流速的增加均有利于膜片透氧量的提升,厚度为0.5 mm的KSCF膜片在950℃时的透氧量可达2.65 mL/(cm~2·min).对比实验表明,基于同样测试条件KSCF透氧膜的透氧量比SCF材料的透氧量更高.通过对KSCF膜片的速率控制步骤考察可以发现,当KSCF透氧膜膜片厚度低于0.7 mm时,其透氧过程为表面交换控制,当膜片厚度高于0.7 mm时,其透氧过程则会转化为体相扩散控制.     

氧离子-电子混合导体透氧膜的发展及应用

氧离子-电子混合导体分为单相和双相混合导体两类。本文详细综述了单、双相混合导体透氧膜的研究进展及其在甲烷部分氧化制合成气、固体氧化燃料电池和CO2高温分解膜反应器中的应用,并阐述了其氧传输机理,对此类材料的发展前景和方向进行了展望。     

BCFNO透氧膜反应器所用催化材料的选择分析

透氧膜反应器稳定性除受膜材料本身性能和膜反应器所处气氛影响外,重整过程所用催化剂与膜材料的反应问题同样值得关注。以透氧膜反应器焦炉煤气甲烷部分氧化重整用BCFNO膜材料为研究对象,分别通过SEM和XRD分析Al2O3、MgO、YSZ、β分子筛、TiO2等催化载体材料与BCFNO透氧膜材料的长时间反应情况,目的是为BCFNO透氧膜反应器所用催化剂材料选择提供依据。实验结果表明β分子筛、Al2O3和TiO2容易与BCFNO透氧膜材料反应形成新的相。MgO也与BCFNO反应,但反应较小,YSZ不与BCFNO发生反应。     

混合导电体型氧透膜材料的研究

研究了具有氧离子导电性和电子导电性的钴系钙钛矿型复合氧化物混合导电体材料中氧的选择性透过能力,考察了该体系中 A 位低价金属离子置换量、置换金属离子的种类及 B 位置换金属离子的种类对氧的透过率的影响.结果表明:改变钙钛矿型复合氧化物的组成,提高材料中氧空位浓度和氧离子导电率,有利于提高氧离子的扩散速度,即提高氧的透过率和降低氧透过的起始温度.将钙钛矿型复合氧化物混合导电体氧透膜与固体电解质氧透膜进行了比较,前者具有结构简单的优点,有希望成为一种新型高温氧分离膜介质材料.     

混合导电体Y1-xLaxBa2Cu3O7-δ透氧膜的透氧性能研究

用稳态法研究了具有类钙钛矿结构的Y1-xLaxBa2Cu3O7-δ(x=0.1、0.3、0.5、0.8和1.0)致密透氧膜在750～1000℃之间的透氧量.实验发现,透氧速率随着La替代Y的比例x的增加而增加;在大约875℃,氧空位的有序-无序转变导致透氧率有一个突然增加.透氧膜的两侧分别为He气氛和空气,当La完全替代Y时,厚1.0mm的LaBa2Cu3O7-δ膜的透氧量达到1.22μmol/s.cm2(1.64 mL/min.cm2).     

焦炉煤气部分氧化重整制氢用透氧膜材料的研究

为了研究混合导体透氧膜材料用于焦炉煤气(COG)部分氧化重整制氢的可行性,本文通过XRD研究了BaCo_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)(BCFN)和Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(BSCF)材料在高温H_2、CO_2气氛条件下相成分的变化;通过TG研究材料在不同气氛和温度条件下的重量变化;通过四电极法对透氧膜材料总电导率随温度的变化规律进行了研究;同时研究了透氧膜材料在焦炉煤气部分氧化重整条件下的透氧量。研究结果表明, BCFN比BSCF在H_2和CO_2气氛下具有更好的高温化学稳定性。BCFN中加入YSZ后,制备出了两相混合导体材料,可显著提高BCFN的高温化学稳定性能和力学性能,但YSZ的加入量>5%时,材料的电导率会明显下降,将会降低材料的透氧性能。     

无Co混合导电型陶瓷透氧膜的制备和性质研究

首次合成了Ｓｒ１０－ｎ／２ＢｉｎＦｅ２０Ｏｍ（ｎ＝２，４，６，８，１０等）系列氧化物透氧膜，它们具有较高的透氧能力，其中，样品ｎ＝１０在１１００Ｋ时的透氧率为０．９０ｍｌ（ＳＴＤ）／（ｃｍ２·ｍｉｎ），比Ｓｒ１－ｘＢｉｘＦｅＯ３高约两倍．Ｓｒ１－ｘＢｉｘＦｅＯ３（ｘ＝０．１，０．３，０．５）系列的透氧率随Ｂｉ含量增加而增大．通过两个系列氧化物的ＸＲＤ和化学组成的对比，发现Ｂｉ离子含量和晶格空位浓度对透氧能力大小起决定性作用．     

MLnBO_4陶瓷中K_2NiF_4型层状钙钛矿结构的稳定性

通过固相反应法制备了MLnBO_4(M=Ba,Sr,Ca;Ln=La,Nd,Sm,Y;B=(Zn0.5Ti0.5),(Mg_(0.5)Ti_(0.5)))陶瓷粉末,使用X射线衍射仪(XRD)分析其相组成,并结合文献中B位为Ga和Al时的结果,探讨了MLnBO_4中K_2NiF_4型层状钙钛矿结构的稳定性。当M~(2+)和B~(3+)固定时,K_2NiF_4型结构的稳定性随钙钛矿层许容因子t偏离1程度的增加而降低;但当M~(2+)或B~(3+)改变时,两者之间并无直接联系。而考虑M~(2+)、Ln~(3+)、B~(3+)离子半径的对比时,则发现K_2NiF_4型结构均出现在以r(M~(2+))/r(Ln~(3+))=1.1、r(Ln~(3+))/r(B~(3+))=2为中心的一定范围内。因此,用M~(2+)、Ln~(3+)、B~(3+)离子半径的对比衡量MLnBO_4中K_2NiF_4型层状钙钛矿结构的稳定性远较用钙钛矿层的许容因子更可靠,这对于相关材料的设计和开发具有重要意义。     

PVA/PAA复合膜电响应特性的研究

通过研究PVA/PAA复合膜红外光谱特性,扫描电镜分析,及电场作用下膜通量的变化,阐明了PVA/PAA复合膜的电响应特性和规律。研究结果表明:制备的PVA/PAA复合膜中PVA与戊二醛已经发生交联反应形成酯键;-COOH基团的离子化是产生电响应的必要条件。随着PAA含量的增加,膜通量也明显的增加,表明体系中离子基团的数量(浓度)能够强烈影响PVA复合膜的直流电响应性;随着电场强度的增大,膜通量增加;在离子强度小于0.01mol/L时,膜通量随离子强度的增加而增加,但当离子强度大于0.01mol/L时,膜通量则呈现下降的趋势。在实验条件下,比较理想电响应条件为PVA∶PAA=1∶1,溶液离子强度为0.01mol/L。     

聚醚共聚酰胺膜的制备与分离性能

以橡胶态聚醚共聚酰胺(Pebax1074)嵌段共聚物为膜材料,采用流延法制备亲水性无缺陷的Pebax1074均质膜.由于Pebax1074嵌段高分子中的聚环氧乙烷(PEO)链段对CO2分子的亲和性,Pebax1074膜对CO2/非极性气体分离体系有较高的分离性能.CO2渗透系数由于增塑作用随膜两侧压差的增大而显著增大,且温度越低增塑作用越大;而N2、CH4和H2等非极性气体的渗透系数由于流体静力学压力效应随膜两侧压差增大略有减小,温度越高流体静力学压力效应越弱.N2、CH4、H2和CO2在Pebax1074膜中的渗透系数均可用Arrhenius方程描述,且随着压力的升高,CO2的渗透活化能下降,而N2、CH4和H2非极性气体的渗透活化能升高.     

钙钛矿型致密透氧膜的制备与表征

较全面地介绍了混合导电性钙钛矿型致密膜的透氧机理，制备工艺及透氧性能表征的方法等，同时，对这类材料的应用前景作了展望。     

聚砜-硅橡胶富氧膜的制备

研究了聚砜超滤底膜的种类,聚砜底膜上涂敷的硅橡胶的种类、浓度、涂敷次数、涂敷速度以及过程操作压力等对聚砜-硅橡胶复合膜富氧性能(富氧浓度和透气量)的影响,并在此基础上确定了较佳的硅橡胶类型和超滤底膜,最后在较佳的工艺条件下制得了富氧浓度为29.9%,富氧透气量为17.28 L/(m2.min)的能满足工业应用需要的聚砜-硅橡胶复合膜.此外,还对聚砜超滤底膜的结构进行了扫描电镜分析.     

二维层状磁性镁铝水滑石的制备与表征

采用共沉淀法将磁性基质与镁铝水滑石组装制备二维层状磁性镁铝水滑石,考察了在一定的pH值、沉淀生成温度及陈化时间下,不同n(Mg2 )/n(Al3 ),n(Fe2 )/n(Mg2 )比值及焙烧温度对合成磁性镁铝水滑石结构的影响,并借助HRTEM、XRD、VSM、TG-DSC、FT-IR等手段对其晶型结构、磁学性能及结晶度等进行表征,结果表明镁铝水滑石在赋予磁性后,并没有改变其典型的层状结构,证实了将磁性基质与层状材料组装合成的可行性.     

PU/PVC复合膜的制备及应用

采用湿法相转化法制备了PU/PVC/SiO2复合膜,并用膜性能测试仪、扫描电子显微镜测试了膜的性能与结构.结果显示:SiO2的加入,可改善PU杂化膜的微孔结构并优化膜的性能,在该体系中加入PVC和PU共混,可以提高成膜速度及微孔结构,水通量和截留率得到了明显的提高.将制得的超滤膜用于处理麻杆蒸煮废液取得了较好的效果,与PU复合膜的对卵清蛋白的截留测试结果是一致的.     

微孔膜的可压缩性及参数变化对膜蒸馏跨膜传质速率的影响

针对两种聚四氟乙烯膜在膜两侧压差为10～100kPa范围内进行了气体渗透实验,结果表明：实验用膜具有一定的可压缩性,随膜两侧压差的增大,膜孔径r减小,而膜孔隙率与有效厚度的比值ε／τδ是增大的,且其变化幅度随膜厚度的增大而增大,通过求解数学模型方程得到了不同膜参数时直接接触式膜蒸馏和真空膜蒸馏跨膜传质速率的预测值,与相同条件下的膜蒸馏实验测定的传质速率进行对比,结果表明：由膜的可压缩性带来的膜参数变化能够使跨膜传质速率有所增长,采用相近压差下气体渗透实验测定的膜参数能够较准确地预测膜蒸馏的跨膜传质速率。