資源描述：
《鈣鈦礦型耐高濃度colt2gt致密陶瓷透氧膜材料研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、摘要采用02／C02代替空氣作為含碳燃料的助燃劑，產生高濃度的C02，便于后續(xù)捕獲。這種富氧燃燒技術是目前正在大力重點開發(fā)的三種C02捕獲技術之一，是致密陶瓷透氧膜材料的一個潛在的重大應用領域。具有AB03結構的SrCoo．8Feo．203．6(sCF)復合金屬氧化物是一種得到廣泛研究的氧分離膜材料，其透氧速率高，但化學穩(wěn)定性差，在高溫下極易和C02反應，因此無法采用高濃度C02作為滲透端的吹掃氣制備富氧燃燒所需的02／C02混合氣。另外，SCF在中低溫和低氧分壓條件下出現氧空位有序化，有可能導致材料破裂和失效。本論文在SCF材料的B位摻入高價Ti離子，以改進材料的化學和結構穩(wěn)定性
2、。論文還研究了Ti摻雜SCF的中空纖維膜的制備和表征。論文第一章介紹了混合導體透氧膜材料的工作原理和研究進展，著重闡述了鈣鈦礦型混合導體透氧膜材料的研究現狀，以及影響鈣鈦礦材料穩(wěn)定性的各種因素。第二章綜述了金屬氧化物與C02反應的文獻，討論了反應機理和影響因素，介紹了相關的表征手段和研究方法，提出了耐C02氧分離膜的設計思路。第三章研究了SCF材料和高濃度C02的反應。發(fā)現在純C02氣氛下，當溫度高于5430C以后，SCF開始和C02發(fā)生反應，當溫度升至9670C時該反應平衡向左移動。C02分壓和氧分壓也都能影響該反應。采用C02作為吹掃氣測量了SCF膜的氧滲透速率，發(fā)現當C02濃
3、度高于40％時氧滲透速率隨時間持續(xù)下降，無法達到穩(wěn)態(tài)。第四章研究了Ti摻雜的SCF材料。xPS分析發(fā)現：SCF材料的表面O原子的1s軌道結合能(OlsBE)隨著Ti含量的增加而增大，表明Ti摻雜降低了氧原子給電子的能力，也就是說，降低了氧化物的堿性。熱重實驗表明：Ti摻雜能有效地抑制SCF與酸性氣體C02的反應。9500C時，SCF在C02氣氛下完全分解為碳酸鹽，而摻Ti量10％和20％的樣品其分解率分別為43％和26％。Ti摻雜也能有效地改進SCF在C02氣氛下的氧滲透性能。當以純C02為吹掃氣時，Sr(Coo．8Feo．2)o．9Tio．103．6(SCFTl0)樣品的氧滲透速
4、率為1．04x10擊molcm之s～，而且與未含Ti的樣品不同，其氧滲透率不隨時間的延續(xù)而下降。我們以SCFTlO材料為基礎，制備出有效透氧面積為11．Ocm2的透氧膜管。在9000C時，當膜管外摘要部加上3個大氣壓的壓縮空氣，內部以15m№in的C02氣進行吹掃，在尾氣端得到了氧濃度達到30％、適合于富氧燃燒應用的02／C02混合氣。第五章研究了Ti摻雜對SCF結構穩(wěn)定性的影響。N2氣氛下退火后的XRD測試結果表明，SCF的相結構由立方鈣鈦礦相轉變?yōu)榱薭ro、釉millerite相，而Ti摻雜樣品仍然保持為鈣鈦礦相。N2氣氛下的熱膨脹系數和電子電導率測量也證實了Ti摻雜對SCF結
5、構的穩(wěn)定作用。其原因可能是Ti．O鍵的鍵能遠大于Co．O鍵和Fe．O的鍵能，Ti摻雜提高了SCF材料的平均金屬．氧鍵能，因而即使在低氧分壓和中低溫條件下，其氧含量化學計量仍然大于2．5，立方鈣鈦礦結構仍能穩(wěn)定存在。第六章研究了Sr(Coo．8Feo．2)o．8Ti0．203．6(SCFT20)中空纖維膜的制備方法和氧滲透性能。采用相轉化／燒結法成功制備出致密的SCFT20中空纖維膜管，其外徑和壁厚分別為1．90和0．20mm。測量纖維膜的氧滲透速率時，采用長度為50．Omm的樣品，其外壁與空氣接觸，用氦氣或者C02作為吹掃氣將滲透的氧攜帶出，用氣相色譜分析。在9500C和He氣吹掃
6、速率30ml／min的條件下，測得中空纖維膜的氧滲透速率為7．9×10。7molcm．2s一。氧滲透率隨溫度升高而增大，在800．9500C范圍內氧滲透的表觀活化能為39．8士2．1kJ／mol，遠小于片狀樣品的62．釷3．4kJ／mol。當以純C02作為吹掃氣時，其氧滲透速率相對He時有所降低。第七章對本論文的工作進行了總結，并對今后的研究工作作了展望。關鍵詞：致密陶瓷氧分離膜，鈣鈦礦型氧化物，中空纖維膜，C02捕獲IIAbstractBunlingfossil血els晰m02／C02miXtureproducesaconcentratedC02S仃eam狃dt11usenabl
7、ese銜cientC02capture．h1aIla位emptt0improve也eeconomiccorrlpetiVenessof也isoxy如e1combuStionteclm0109y，iIltensiVeef!E．0rtsh￡Ⅳebeenmadet0deVelopce刪[nicoXygenseparationmeHlbraIlesthathaVeapotentialt0reduce也eoxygenproductioncostsoVer也epresentcry
