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致密陶瓷膜的稳定性和氧输运性能研究

2020-11-23阅读(492)

致密陶瓷膜的稳定性和氧输运性能研究

论文摘要

致密陶瓷透氧膜在纯氧制备及许多涉氧过程如钢铁冶炼、富氧燃烧、甲烷部分氧化制合成气等中具有广泛的应用前景。其氧渗透能力来自于在中高温条件下材料中的氧离子和电子混合电导。在实际应用中，透氧膜必须具有高的氧渗透能力同时又能在操作条件下保持结构完整。但目前绝大多数透氧膜材料都无法满足这个条件。本论文针对这个问题，对单相钙钛矿型（第二、三章）和双相复合的（第四-六章）透氧膜在不同条件下的稳定性以及氧输运性能展开了一系列研究。 第一章简要介绍了混合导体透氧膜的氧渗透基本原理、研究概况以及本论文的研究目的。 第二章对具有高氧渗透能力的钙钛矿氧化物SrCo1-xFexO3-δ（x=0，0.05，0.1，0.2）中铁掺杂对相结构、电导和氧渗透性能的影响进行了研究。结果表明，随铁掺杂量的增加SrCo1-xFexO3-δ的室温钙钛矿结构发生了六方→Brownmillerite→立方+Brownmillerite→立方的变化，而相应的电子电导率和氧渗透能力也逐渐增大。我们认为，这是由于随着晶体结构逐步趋向立方钙钛矿结构，晶格畸变程度逐渐降低、Co／Fe-O-Co／Fe键角逐渐增大、Co／Fe的3d轨道和O的2p轨道的重叠程度逐渐提高，氧空位从高度有序排列逐渐无序化所导致的。结果还表明，SrCo1-xFexO3-δ的高温立方相的电子电导率和氧渗透能力反而随x的增大而下降，这可能是由Co-O和Fe-O键之间的差别引起的。 钙钛矿混合导体中大多含有碱性的碱土金属和稀土元素，容易在工作条件下与气氛中的CO2和水蒸气发生反应，导致材料结构分解或性能的下降。在第三章中以钙钛矿氧化物Sr0.95Co0.8Fe0.2O3-δ为模型体系，研究了它在含CO2和H2O的空气气氛中的氧渗透性能和结构稳定性。结果表明，与这两种气体在空气中单独存在时相比，5vol.％CO2和4vol.％H2O共存时对Sr0.95Co0.8Fe0.2O3-δ透氧膜的相组成、表面形貌和氧渗透能力的破坏作用要大得多，这种不利影响在较低的温度

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 氧离子-电子混合导体透氧膜概述
  • 1.1 氧气分离方法
  • 1.2 混合导体透氧膜的工作原理和氧渗透理论
  • 1.3 影响氧渗透率的内部因素
  • 1.4 混合导体透氧膜的种类及研究概况
  • 1.4.1 单相混合导体
  • 1.4.1.1 钙钛矿结构及其与氧离子和电子电导率的关系
  • 1.4.1.2 钙钛矿透氧膜材料研究概述
  • 1.4.1.3 类钙钛矿结构透氧膜材料
  • 1.4.1.4 单相混合导体存在的问题
  • 1.4.2 双相混合导体
  • 1.4.3 氧离子导体文献综述
  • 1.4.3.1 萤石型氧离子导体
  • 1.4.3.2 钙钛矿氧离子导体
  • 1.4.3.3 LAMOX体系和BIMEVOX体系
  • 1.4.3.4 Apatite和Pyrochlorite
  • 1.5 本论文的研究出发点
  • 参考文献
  • 1-xFexO3-δ结构、电导与氧输运性能研究'>第二章 SrCo1-xFexO3-δ结构、电导与氧输运性能研究
  • 2.1 前言
  • 2.2 实验
  • 2.3 结果
  • 2.3.1 相结构
  • 2.3.2 差热分析
  • 2.3.3 电导率
  • 2.3.4 氧渗透
  • 2.4 讨论
  • 2.5 结论
  • 参考文献
  • 2O和CO2气氛中的氧渗透性能和稳定性'>第三章 钙钛矿混合导体在含H2O和CO2气氛中的氧渗透性能和稳定性
  • 3.1 前言
  • 3.2 实验
  • 3.3 结果
  • 3.3.1 相组成和化学成分
  • 3.3.2 氧渗透率
  • 3.3.3 化学稳定性
  • 2中的行为'>3.3.4 纯CO2中的行为
  • 3.4 讨论
  • 2和H2O的共同作用'>3.4.1 CO2和H2O的共同作用
  • 2和H2O中的行为'>3.4.2 材料在高浓度的CO2和H2O中的行为
  • 3.5 结论
  • 参考文献
  • 0.8Sm0.2O2-δ-La0.8Sr0.2CrO3-δ双相透氧膜的制备、表征和氧输运性能'>第四章 Ce0.8Sm0.2O2-δ-La0.8Sr0.2CrO3-δ双相透氧膜的制备、表征和氧输运性能
  • 4.1 前言
  • 4.2 实验
  • 4.2.1 样品制备及表征
  • 4.2.2 氧渗透测量
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 新鲜样品的相组成和微结构
  • 4.3.2 氧渗透
  • 4.3.3 氧渗透后样品的相组成和微结构
  • 4.4 结论
  • 参考文献
  • 0.8Sm0.2O2-δ-La0.8Sr0.2CrO3-δ双相透氧膜在大氧梯度下的稳定性和氧输运性能'>第五章 Ce0.8Sm0.2O2-δ-La0.8Sr0.2CrO3-δ双相透氧膜在大氧梯度下的稳定性和氧输运性能
  • 5.1 前言
  • 5.2 实验
  • 5.2.1 样品制备和表征
  • 5.2.2 氧渗透测量
  • 5.3 结果
  • 5.3.1 氧渗透
  • 5.3.2 化学稳定性
  • 5.4 讨论
  • 5.5 结论
  • 参考文献
  • 0.8Sm0.2O2-δ-La0.8Sr0.2CrO3-δ双相膜的表面修饰'>第六章 Ce0.8Sm0.2O2-δ-La0.8Sr0.2CrO3-δ双相膜的表面修饰
  • 6.1 前言
  • 6.2 实验
  • 6.3 结果
  • 6.3.1 SDC-LSC双相膜氧渗透的初始活化
  • 6.3.2 Pt的表面修饰对氧渗透初始活化的影响
  • 6.3.3 LSCF表面修饰对氧渗透初始活化的影响
  • 6.3.4 LSCF表面修饰对氧渗透率的影响
  • 6.4 讨论
  • 6.4.1 LSCF表面修饰的SDC-LSC双相膜的氧离子传导机制
  • 6.4.2 SDC-LSC双相膜氧渗透的初始活化的机理
  • 6.5 结论
  • 参考文献
  • 文章发表情况

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