在当今世界能源短缺和全球变暖的严峻形势下，基于氧离子电子混合传导的陶瓷氧分离膜(mixed oxygen-ion and electron-conducting membrane，MIECM)，作为一种高效、清洁新型的纯氧渗透装置备受关注。但目前距离陶瓷透氧膜的产业化推广应用尚有一定距离，其中最主要问题是膜材料的氧渗透性和膜的长期稳定性有待提高。　　 目前，MIECM材料主要有两类，一类是单相混合传导材料，另一类是双相复合材料。单相混合传导材料一般具有较高的氧渗透性能，但稳定性较差（如抗还原稳定性，抗CO2或抗H2O稳定性等，而透氧膜的实际应用，气氛中大多含有CO2和/或H2O），结果导致结构变化和性能下降。单相材料的氧渗透，源自材料结构中的氧空位缺陷和存在有可变价元素（分别有利于氧离子和电子传导），而这些缺陷往往又是造成材料结构中的不稳定的故有因素。因此，目前几乎还没有可商业应用的单相透氧膜材料。当然，随着膜材料科学的研究和发展，将来或许能够获得满足实际应用要求的高性能单相膜材料，但可能需要等待相当长的时间。采用双相复合透氧膜材料，并结合发展先进的透氧膜结构设计和制备技术，为解决单相材料透氧膜存在的诸多问题，包括提高膜的机械强度，提供了有效途径。　　 在本论文着重于的适宜于小梯度操作的双相复合透氧膜的制备和应用研究。本论文研究工作主要包括两个方面。一是采用gelcasting技术，研究制备高性能非对称La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ(LSCF)-2r0.84Y0.16O1.92(YSZ)管状陶瓷氧分离膜,即研究采用gelcasting技术制备LSCF-YSZ多孔支撑体，浸渍方法(dip-coating)和高温共烧(co-sintering)技术制备致密膜层和透氧膜功能层；二是研究CO2/CO小梯度下，研究La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-8(LSCF)-Zr0.84Y0.16O1.92(YSZ)片状膜和中空纤维膜的氧渗透性能。　　 论文第一章简单介绍了MIECM的工作原理、技术现状、发展趋势和存在的主要问题，据此确立本论文的研究内容和研究目标。　　 第二章为采用凝胶浇注(gelcasting)、浆料浸渍和共烧技术制备非对称管状陶瓷透氧膜及研究结果。主要内容包括：采用水基凝胶浇注成型工艺(aqueous-based gelcasting)制备LSCF-YSZ非对称管状结构的多孔支撑体，研究gelcasting的浆料制备技术，以及浆料的分散剂加入量、造孔剂量、以及助烧剂NiO的来源等因素对浆料流动性、固化等性能的影响，以及对坯体机械强度和烧结后多孔支撑体微结构、孔隙率等性能的影响。由水基凝胶浇注成型工艺成功制备的LSCF-YSZ多孔支撑体，采用低成本的浸渍/共烧方法制备致密LSCF-YSZ功能层，并测试此种新型设计的非对称管状陶瓷氧分离膜的氧渗透性能。结果显示，950℃时，在air/He气氛下，非对称管状膜的氧渗透速率为1.17×10-8mol·cm-2-s-1。尽管许多技术问题还需要进行一步研究、优化和提高，但初步验证了此种新型设计的非对称管状陶瓷氧分离膜的可行性。　　 第三章为LSCF-YSZ透氧膜应用于小梯度CO2/CO研究。采用于压成型、高温烧结和打磨技术制备不同厚度(0.5，1.0,1.5mm)的LSCF-YSZ片状膜，在CO2/CO梯度下研究片状膜的氧渗透性能和膜的稳定性，并研究膜的限速步骤、膜在CO2/CO条件下的双极电导率。结果显示，在CO2/CO小梯度下，LSCF-YSZ膜表现出良好的稳定性和可观的氧渗透性。900℃时，0.5mm的片状膜氧渗透速率为2.06×10-8mol·cm-2-s-1；本章所研究的所有片状样品的氧渗透过程不单是由体扩散过程控制，而是由体扩散和表面扩散共同控制。采用相转换法制备中空纤维膜，重点考察了浆料组成（各有机物和陶瓷粉的含量）、成型过程中的空气间隙(airgap)、絮凝剂（水）的流速、坯体的挤出速度、烧结条件等因素对中空纤维膜管结构的影响。对于Ru基催化剂表面修饰改性的中空纤维膜管，在900℃，CO2/CO小梯度操作，进行透氧测量。结果显示，Ru基催化剂改性过后的中空纤维膜管透氧量比未修饰的片状膜比较，透氧量提高了一个数量级，达到2.03×10-7mol·Cm-2-s-1。　　 第四章，后记。