郑启凡, 黎超群, 班孝款, 占忠亮, 陈初升

无机材料学报 2021, 36 (5): 497-501. DOI:10.15541/jim20200421

摘要（526）

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致密陶瓷透氧膜因在氧气制备和涉氧化工过程中的潜在重要应用而备受关注。本研究采用相转化流延/叠层/烧结工艺制备了三明治结构Gd_0.1Ce_0.9O_2-_δ-La_0.6Sr_0.4FeO_3-_δ(GDC-LSF)双相复合陶瓷透氧膜, 其中部为起氧分离作用、厚度80 μm的致密功能层, 两侧为厚度420 μm的直孔结构支撑层。采用浸渍法在支撑层内壁修饰Nd₂NiO₄₊_δ(NNO)纳米颗粒。在膜的一侧通入空气, 另一侧通入氦气作为载气, 测得900 ℃时氧渗透通量高达1.53 mL·cm^-2·min^-1。将氦气切换为CO₂, 测得氧渗透通量为0.6 mL·cm^-2·min^-1, 氧渗透在长达90 h的时间内保持稳定。该透氧膜经历70余次热循环(800~900 ℃)后仍保持完好。本研究表明: 直孔三明治结构GDC-LSF透氧膜具有良好的氧渗透性能、化学稳定性和热机械性能, 有望用于氧气分离和富氧燃烧/CO₂捕获。

LSF粉体由固相法制得, 合成方法详见文献[15]。GDC(惠州瑞尔化学科技公司)粉体经1200 ℃-2 h预处理后使用, 透氧膜制备流程如图1所示。采用相转化双层流延技术制备GDC-LSF直孔结构支撑层生胚。GDC-LSF浆料与石墨浆料的配比见表1, 制备过程如下: 将聚醚砜(PESf)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中, 球磨4 h后加入GDC、LSF和石墨粉体, 继续球磨24 h, 将所得浆料脱气10 min, 再同时流延在薄膜载带上(石墨浆料在下层)。将所得铸膜液浸入水中12 h完成相转化过程, 取出干燥后备用。