陶瓷中空纖維透氧膜集束與高溫密封.pdf

1、混合離子-電子陶瓷(MIEC)中空纖維透氧膜因具有能耗低、安裝方便、對氧具有100％選擇性等特點而受到廣泛關(guān)注，但是陶瓷中空纖維膜固有的脆性以及直徑小、壁厚薄而導(dǎo)致膜的機(jī)械強(qiáng)度低，并且在高溫下難密封且不易組件，這些限制了它的大規(guī)模應(yīng)用。本文針對這些問題展開了一系列研究，選擇La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)中空纖維膜作為研究對象，采用鈣鈦礦材料作為粘結(jié)劑將多根LSCF膜進(jìn)行集束，探究該方法對膜的透氧量和機(jī)械強(qiáng)度

2、的影響，并對LSCF膜束的高溫密封做了一定的研究。
　　LSCF是典型的MIEC膜材料，因此我們選擇LSCF膜進(jìn)行集束，為了達(dá)到更好的集束效果，本章選擇了LSCF鈣鈦礦材料作為粘結(jié)劑。并對LSCF中空纖維膜束進(jìn)行一系列表征和氧滲透測試，實驗結(jié)果表明利用具有多孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料對中空纖維膜集束不僅能提高膜束的機(jī)械強(qiáng)度而且還促進(jìn)了膜束的表面交換動力學(xué)，因而提高了氧滲透速率。機(jī)械強(qiáng)度由單根膜的112.68MPa提高到10根膜束的150.

3、5MPa;透氧量由單根膜的0.42mL cm-2min-1提高到10根膜束的0.61mLcm-2min-1，其中膜束的最佳孔隙率范圍在0.26-0.38之間，過低的孔隙率會對膜束的氧滲透性能造成阻力。同時中空纖維膜束在氧滲透過程中表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。
　　LSCF材料穩(wěn)定性高但透氧量偏低，而Ba0.5Sr0.5Co0.4Fe0.6O3-δ(BSCF)材料表現(xiàn)出很高的透氧量更有利于表面氧交換反應(yīng)動力學(xué)，因此我們選擇BSCF材料作為粘

4、結(jié)劑對LSCF膜進(jìn)行集束。單根膜透氧量為0.42mL cm-2min-1提高到10根膜束透氧量為的0.66mL cm-2min-1，同時機(jī)械強(qiáng)度由單根膜的112.68MPa提高到10根膜束的139.6MPa。利用BSCF粉體作為粘結(jié)劑集束的中空纖維膜氧滲透通量高于LSCF粉體作為粘結(jié)劑所制備的，同時中空纖維膜束在氧滲透中也表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。
　　通過測試各種密封膠的最高工作溫度，選定HBC-1096膠作為密封材料然后與LSCF粉