有支撑高通量致密镧镍系透氧膜的制备与表征

论文题目: 有支撑高通量致密镧镍系透氧膜的制备与表征

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 李澄

导师: 杨南如,余桂郁

关键词: 透氧膜,致密支撑膜,溶胶凝胶,电导率

文献来源: 南京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 无机致密透氧膜在高温气体分离和膜催化反应中发挥着重要作用。它可以从含氧混合气体中选择分离出氧,可用于甲烷偶联反应、甲烷的部分氧化反应、固体燃料电池、氧传感器等。其研究与开发对包括化工、能源、冶金等在内的重要基础工业领域具有积极推动作用。近年来被积极开发的新型混合导体氧化物透氧膜材料,如La2NiO4+δ系列材料,同时具有离子导电性和电子导电性,而且有催化作用,受到广泛关注。在致密无机透氧膜的应用中,重要问题之一是透氧膜的厚度。离子在材料中传导需要相对较高的活化能,减小透氧膜的厚度是获得高的透氧性能的有效途径。在现有的有关报道中绝大部分都是对本体膜的研究,而如何实现既有高的透氧通量又能够具备良好的机械强度是一个研究难点。因此研究La2NiO4+δ系列致密支撑透氧膜的制备,并寻求进一步提高La2NiO4+δ系列透氧膜材料透氧性能的途径,对于促进实现透氧膜的工程应用具有重要意义。本论文采用配合物溶胶-凝胶制备法,结合X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重/差热分析（TG-DSC）、碘法、气相色谱法（GC）等实验手段,以及自行设计的混合导体电导率测量装置对La2NiO4+δ透氧材料的支撑透氧膜制备方法、La2NiO4+δ透氧材料B-位Ni被Fe离子部分取代后的材料特性、透氧性能等进行了全面系统的研究,同时建立了对La2NiO4+δ透氧材料电导率进行测定的新方法。研究得到的一些新的结果并提出有关的新观点如下: 在详细分析各类溶胶-凝胶法特点的基础上,采用配合物溶胶-凝胶法成功地制备了致密支撑透氧膜,探索了制备条件并表征了所制备致密支撑膜的基本性能。从理论上对La2NiO4+δ用作透氧膜材料的可行性进行了分析。计算结果表明,La2NiO4+δ的结构容差因子t=0.89～0.899,其M-O键平均结合能ABE=298.27kJ·mol-1,说明该结构是稳定的。由于在结构中存在间隙氧离子,

论文目录:

摘要

ABSTRACT

引言

第一章绪论

1．1 无机固体电解质

1．2 无机混合导体

1．3 无机混合导体透氧膜研究进展

1．3．1 无机混合导体致密透氧膜材料体系的确定依据

1．3．2 无机混合导体透氧膜材料的电导率及其测定方法

1．3．3 无机混合导体透氧膜材料的氧扩散系数

1．3．4 无机混合导体透氧膜材料的透氧性能与氧传输机理

1．3．5 无机混合导体透氧膜的制备手段

1．4 La_2NiO4作为透氧材料的研究概况

1．5 目前存在的问题

1．6 本研究内容的意义和目标

1．6．1 本研究内容和目标

1．6．2 本研究的意义

参考文献

第二章主要实验方法概述

2．1 La_2NiO_(4+δ)系透氧膜材料的溶胶-凝胶法制备

2．1．1 主要试剂与仪器

2．1．2 制备步骤

2．2 La_2NiO_(4+δ)系支撑透氧膜的溶胶-凝胶法制备

2．2．1 支撑体

2．2．2 支撑膜的制备

2．3 支撑膜透氧性的表征

2．3．1 测定原理

2．3．2 测定步骤

2．4 非化学计量的间隙氧含量的测定

2．4．1 间隙氧含量的碘法测定原理

2．4．2 测定步骤

2．5 其它表征手段

2．5．1 X射线衍射分析(XRD)

2．5．2 透氧膜形貌分析

2．5．3 透氧膜材料的红外光谱(IR)分析

2．5．4 TG/DTA分析

2．5．5 透氧膜材料成分分析

参考文献

第三章溶胶-凝胶法薄膜制备技术

3．1 关于溶胶-凝胶法(Sol-Gel Method)

3．2 溶胶-凝胶法的分类和特点

3．3 配合物溶胶-凝胶法

3．3．1 概述

3．3．2 配合剂的选择

3．3．3 以EDTA为配合剂的配合物溶胶-凝胶法

3．4 Me-EDTA配合物溶胶-凝胶法的实验过程

3．4．1 实验过程

3．4．2 实验过程的影响因素

3．5 用 Me-EDTA配合物溶胶-凝胶法制备复合氧化物薄膜材料的可行性

3．6 (La，Ni)-EDTA配合物溶胶-凝胶过程

3．6．1 EDTA用量对于溶胶稳定性的影响

3．6．2 溶胶的粘度特性

3．7 本章小结

参考文献

第四章 La_2NiO_(4+δ)有支撑致密透氧膜

4．1 La_2NiO_(4+δ)体系作为透氧膜材料的依据

4．1．1 La_2NiO_(4+δ)体系的结构稳定性

4．1．2 氧离子在La_2NiO_(4+δ)中的迁移性

4．1．3 La_2NiO_(4+δ)的混合导电性

4．2 (La，Ni)-EDTA配合物体系的溶胶-凝胶-产物转变过程

4．2．1 溶胶的粘度

4．2．2 TG-DSC

4．2．3 合成样品的IR谱图

4．2．4 XRD

4．3 合成产物La_2NiO_(4+δ)中的过剩氧含量δ

4．4 支撑膜

4．4．1 支撑膜的厚度和分布

4．4．2 支撑膜的形貌(表面、断面)

4．5 支撑膜的透氧通量

4．6 本章小结

参考文献

第五章 La_2NiO_(4+δ)透氧膜的掺杂改性研究

5．1 B-位Ni被Fe部分替代后对于La_2NiO_(4+δ)体系造成的影响分析

5．1．1 对La_2NiO_(4+δ)体系结构稳定性所产生的影响

5．1．2 对氧离子在La_2NiO_(4+δ)结构中的迁移性所产生的影响

5．1．3 对La_2NiO_(4+δ)的导电性所产生的影响

5．1．4 用Fe取代B-位Ni的比例的确定

5．2 Fe的引入对于溶胶-凝胶过程及支撑膜制备过程的影响

5．3 La_2Ni_(1-x)Fe_xO_(4+δ)材料的XRD分析

5．4 La_2Ni_(1-x)Fe_xO_(4+δ)材料中的过剩氧含量δ

5．5 La_2Ni_(1-x)Fe_xO_(4+δ)支撑膜的透氧性能

5．6 La_2Ni_(1-x)Fe_xO_(4+δ)材料的红外谱

5．7 本章小结

参考文献

第六章氧离子在致密透氧混合导体中传递的电化学模型

6．1 概述

6．2 各种类型电解质的导电特性

6．2．1 电解质溶液的电导

6．2．2 固体电解质的电导

6．2．3 两类电解质电导性质的比较

6．3 离子在固体电解质中的传质机制

6．4 氧离子在致密透氧混合导体中传递的电化学模型

6．5 本章小结

参考文献

第七章 La_2NiO_(4+δ)材料的电导性能评价新方法初探

7．1 关于混合导体透氧材料电导性能评价实验手段的现状

7．2 一种测定混合导体透氧材料电导率的新方法

7．2．1 新方法的实验原理

7．2．2 测定结果与评价

7．3 根据电导率测量数据计算透氧膜的透氧通量

7．4 本章小结

参考文献

第八章结论

作者攻读学位期间取得的成果

致谢

发布时间: 2005-10-13

参考文献

[1].高温致密透氧膜材料和膜过程研究[D]. 汪波.中国科学技术大学2006
[2].致密陶瓷膜的稳定性和氧输运性能研究[D]. 易建新.中国科学技术大学2006
[3].混合导体透氧膜材料的合成与性能研究[D]. 吴振涛.南京工业大学2006
[4].氧分离膜材料的输运性能及低频内耗研究[D]. 吴修胜.中国科学技术大学2007
[5].陶瓷透氧膜材料和过程硏究[D]. 田婷芳.中国科学技术大学2011
[6].钙钛矿型耐高浓度CO2致密陶瓷透氧膜材料研究[D]. 曾庆.中国科学技术大学2009
[7].焦炉煤气重整透氧膜研究及材料优化[D]. 沈培俊.上海大学2011
[8].钙钛矿型透氧材料的制备与研究[D]. 谭亮.南京工业大学2003
[9].用于oxyfuel CO2捕获的耐CO2双相透氧陶瓷膜的研究[D]. 李洪波.吉林大学2013

有支撑高通量致密镧镍系透氧膜的制备与表征

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