La0.7SrO.3FeO3-δ中空纤维膜透氧及催化反应性能研宄

论文摘要

采用溶胶凝胶法制备了Lao.7Sro.3Fe03-8（LSF）混合传导陶瓷粉体以及催化剂Lao.6Sr0.4Co09.2Nio.803--（LSCN）粉体。采用扫描电镜,X射线衍射仪以及激光粒度仪分别对材料的微观形貌,晶相结构及粒度分布进行了分析,并测定了LSCN粉体对甲烷二氧化碳重整反应的催化性能。结果表明,制备的LSF粉体为单一的钙钛矿结构,高温有助于粉体的晶化,在制备的过程中没有金属离子的流失。溶胶凝胶法制备的LSCN粉体的平均粒度为3.26μm,在800-950℃,LSCN显示了良好的催化性能。在950℃时,甲烷和二氧化碳转化率达到了98%、97%,CO和H2的选择性分别为60%、78%。应用相转化烧结技术制备了LSF中空纤维透氧膜。考察不同的烧结温度对LSF中空纤维膜的微观形貌、晶相结构、孔隙率、机械强度及透氧性能的影响。结果表明：随着烧结温度的升高,LSF膜内外表面的微孔逐渐减少,晶粒不断长大,晶界明显。LSF中空纤维膜的机械强度随着温度的升高逐渐增加,当烧结温度到1400℃时,膜的机械强度能达到134MPa。膜的孔隙率和透氧量随着烧结温度的升高逐渐降低。考察不同吹扫气对LSF中空纤维膜透氧性能的影响。结果表明：以氦气为基准,吹扫气中甲烷和氢气的混入会增加膜的透氧量,而二氧化碳的加入会降低膜的透氧量。但是LSF中空纤维膜在纯CO2吹扫时仍然具有透氧功能。吹扫气不同的物理化学性质对膜的透氧稳定性及微观结构具有不同的影响。在纯CO2和纯He气氛下,膜能保持长时间的透氧稳定性,且膜的微观结构基本没有改变；在纯CH4和纯H2气氛下,膜的稳定性变差,晶体结构改变。950℃时,纯甲烷和纯He气做吹扫气膜的透氧量分别在3.54mL.cm-2·min-1和1.42mL.cm-2·min-1,而纯CO2做吹扫气,膜的透氧量仅为0.92mL.cm-2·min-1。采用致密的LSF中空纤维膜组装成膜反应器并进行了甲烷二氧化碳催化重整反应,考察了温度、甲烷进料浓度、反应时间、催化剂等对反应的影响。结果表明,随着温度的升高和催化剂的填充,甲烷的转化率,一氧化碳和氢气的选择性都有了比较明显的提高；随着反应时间的延长和甲烷浓度的增加,甲烷的转化率逐渐增加,而一氧化碳和氢气的选择性逐渐降低。在900℃时,甲烷的转化率达到了92%,相应的一氧化碳的选择性和透氧速率分别为36%和6.06mL·cm-2·min-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 绪论
• 第一章 文献综述
• 1.1 钙钛矿陶瓷透氧膜
• 1.1.1 钙钛矿陶瓷晶体结构与高温氧离子传导原理
• 1.1.2 钙钛矿混合导体陶瓷透氧膜材料
• 1.1.3 钙钛矿陶瓷膜及透氧机理
• 1.1.4 中空纤维陶瓷透氧膜
• 1.2 陶瓷透氧膜反应器
• 1.2.1 陶瓷透氧膜反应器原理
• 1.2.2 陶瓷透氧膜反应器应用
• 1.2.3 甲烷二氧化碳催化重整制合成气
• 1.3 本论文研究思路及内容
• 0.7Sr_0.3FeO_3-δ（LSF）中空纤维透氧膜制备及性能'>第二章 La_0.7Sr_0.3FeO_3-δ（LSF）中空纤维透氧膜制备及性能
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 LSF粉体制备、表征
• 2.2.3 LSF中空纤维膜的制备、表征
• 2.2.4 透氧测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 LSF粉体
• 2.3.2 LSF中空纤维膜
• 2.3.3 LSF中空纤维膜透氧性能
• 2.4 小结
• 4催化转化制合成气'>第三章 LSF中空纤维膜反应器中CH₄催化转化制合成气
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 0.6Sr_0.4Co_0.2Ni_0.8O_3-δ催化剂的制备'>3.2.2 La_0.6Sr_0.4Co_0.2Ni_0.8O_3-δ催化剂的制备
• 0.6Sr_0.4Co_0.2Ni_0.8O_3-δ催化剂的表征'>3.2.3 La_0.6Sr_0.4Co_0.2Ni_0.8O_3-δ催化剂的表征
• 3.2.4 LSF中空纤维膜反应器中甲烷催化反应制合成气
• 3.3 结果讨论
• 0.6Sr_0.4Co_0.2Ni_0.8O_3-δ及其催化性能'>3.3.1 La_0.6Sr_0.4Co_0.2Ni_0.8O_3-δ及其催化性能
• 3.3.2 LSF中空纤维膜反应器甲烷催化反应性能
• 3.4 小结
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间公开发表论文及著作情况