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《中国科学技术大学》 2006年
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高温致密透氧膜材料和膜过程研究

汪波  
【摘要】:致密陶瓷透氧膜在高温下能够选择性地将氧气从空气中分离,低成本地得到工业上大量需要的高纯氧气,因此在能源和化工领域具有广阔的应用前景。本论文的主要内容就是研究高稳定性致密陶瓷透氧膜材料、基于透氧膜的甲烷部分氧化制合成气反应器和化石燃料纯氧燃烧器。 将陶瓷透氧膜作为膜反应器,用于甲烷部分氧化制合成气,能够较大幅度地降低合成气的生产成本,近十年来引起了众多的关注。本论文的第一章介绍了陶瓷透氧膜用于合成气生产的研究现状,分析了这一领域研究中存在的难题,并展望了以后研究的发展方向。另外,本章还介绍了陶瓷透氧膜用于实现CO_2零排放燃烧装置的研究概况。论文的第二章综述了陶瓷透氧膜材料的类型和研究概况,介绍了氧离子—电子混合导体的透氧原理以及影响其透氧性能的因素。 透氧膜用于反应器时,除了必须具备高的透氧能力外,还要求在高温和大氧分压梯度下具有足够的化学和机械稳定性。目前研究的单相材料体系中,很难找到同时满足上述要求的材料,在透氧性能和稳定性之间总是存在此消彼长的矛盾。要解决这个矛盾,一个可能的途径是采用具有双相组成的膜材料,氧离子和电子分别在不同的相里传输。第三章研究了由氧离子导体Y_(0.2)Zr_(0.8)O_(1.9)和电子导体La_(0.8)Sr_(0.2)CrO_(3-δ)组成的双相复合透氧膜。对于两相体积比为60:40、壁厚为1.2mm的管状膜,在“空气/氦气”梯度下,即膜一面暴露空气中,另一面用高纯氦吹扫时,在950℃时测得透氧率为9.2×10~(-9)cm~3cm~(-2)min~(-1)。在“空气/(20%CO+80%He)”氧分压梯度下,930℃透氧率达到3.2×10~(-8)cm~3cm~(-2)min~(-1)。这种材料的透氧过程受到其表面氧交换步骤的控制,通过改善其表面过程,可望使其透氧能力得到提高。Y_(0.2)Zr_(0.8)O_(1.9)-La_(0.8)Sr_(0.2)CrO_(3-δ)双相材料体系具有很好的化学和机械稳定性,能够适应强还原性的工艺环境,因此经过改进后有望应用于膜反应器。鉴于Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-δ)的氧离子导电率比Y_(0.2)Zr_(0.8)O_(1.9)高一个数量级左右,由其和La_(0.8)Sr_(0.2)CrO_(3-δ)构成的双相透氧膜应具有比Y_(0.2)Zr_(0.8)O_(1.9)-La_(0.8)Sr_(0.2)CrO_(3-δ)高得多的透氧能力。论文第四章研究了Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-δ)-La_(0.8)Sr_(0.2)CrO_(3-δ)双相膜在大氧分压梯度下的透氧行为及稳定性。对于两相体积比为60:40,壁厚为1.1mm的管状膜,在
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB383.2

【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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