论文部分内容阅读
致密陶瓷透氧膜兼具氧离子和电子导电性，在高温时可以在膜片两侧氧分压梯度的驱动下从空气或其他含氧气体中选择性地分离氧气，因此透氧膜在氧分离、氢气制备、CO2捕获和存储、轻烃的选择性氧化、甲烷部分氧化制合成气以及NOx直接分解等需氧方面具有潜在的应用价值。 本文选择具有高稳定性及高氧渗透性能的Zr0.84Y0.16O2-δ-La0.8Sr02Cr0.5Fe0.5O3-δ(YSZ-LSCrF)作为透氧膜材料，采用流延-热压-共烧结法制备了具有多孔YSZ-LSCrF|致密YSZ-LSCrF|多孔YSZ-LSCrF结构的透氧膜，在800℃时，透氧膜在air/He和air/H2和air/CH4梯度中的氧渗透速率分别为2.43×10-8、2.11×10-7和2.67×10-7mol·cm-2·s-1;此外，制备了具有多孔YSZ-LSCrF|致密YSZ-LSCF|致密YSZ|致密YSZ-LSCF|多孔YSZ-LSCF五层结构的固体氧化物燃料电池，在致密YSZ-LSCrF层中插入致密的纯氧离子隔膜YSZ可以阻止电子的内部传输，采用Hebb-Wagner极化法研究其高、低氧分压侧反应的动力学，结果表面渗透侧的氧析出反应是氧渗透过程的速率控制步骤。 采用湿化学浸渍法分别在空气侧和渗透侧沉积了La0.6Sr04Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCoF)和Ni/Ce08Sm02O1.9-δ(Ni-SDC)纳米活性颗粒，从而获得了具有非对称结构的透氧膜和燃料电池，二者含量为均为20wt％时氧渗透速率最高，在800℃air/CH4气氛中的氧渗透速率为3.19×10-6mol·cm-2·s-1，比沉积活性颗粒前高一个数量级，其速率控制步骤仍为渗透侧的氧析出反应。以该透氧膜为基础组装的甲烷部分氧化膜反应器，当CH4进气速度为154mL/min时，其转化率为45％，CO和H2的选择性分别为95.7％和97.3％。 通过在空气侧和渗透侧同时沉积LaNi0.6Fe0.4O3-δ(LNF)纳米活性颗粒制备了对称结构的透氧膜和燃料电池。LNF含量为12wt％透氧性能最好，在800℃air/CH4梯度中氧渗透速率为5.65×10-6mol·cm-2·s-1，速率控制步骤为空气侧的氧还原反应;用5片对称透氧膜为基础组装了甲烷部分氧化膜反应器，当CH4进气速度为458mL/min时，其转化率为96％,CO和H2的选择性分别为84.2％和81.3％;将POM膜反应器与10×10cm2的固体氧化物燃料电池联用，以合成气作为后者的燃料，当合成气流速为1000mL/min时，电池在800℃的最大输出功率为21.4W，而且系统连续工作14h后无明显衰减。