質(zhì)子導(dǎo)體陶瓷膜的制備及其透氫性能.pdf

1、高溫質(zhì)子導(dǎo)體陶瓷膜，又叫高溫氫離子導(dǎo)體陶瓷膜，是指在高溫（600℃至1000℃）范圍內(nèi)以質(zhì)子為電荷載流子的一種快離子陶瓷導(dǎo)體，是一類(lèi)重要的功能材料。本論文先應(yīng)用溶膠-凝膠法和低溫燃燒法制備出BaCe0.95Tb0.05O3-α（BCTb）陶瓷粉體，然后采用相轉(zhuǎn)化-燒結(jié)技術(shù)制備出BCTb中空纖維膜管，采用靜壓-燒結(jié)法制備出BCTb和Ni-BCTb對(duì)稱(chēng)陶瓷膜片以及Ni-BCTb非對(duì)稱(chēng)陶瓷膜片，測(cè)試了粉體、中空纖維膜以及陶瓷膜片的晶相、形貌、

2、電導(dǎo)率和氫氣透過(guò)速率等性能，系統(tǒng)研究了新的高溫質(zhì)子導(dǎo)體陶瓷材料。
　　首先通過(guò)溶膠-凝膠-低溫燃燒法制備BaCe0.95Tb0.05O3-α（BCTb）陶瓷粉體，然后采用相轉(zhuǎn)化-燒結(jié)組合工藝制備了致密的BCTb鈣鈦礦中空纖維膜，通過(guò)靜壓-燒結(jié)組合工藝制備出了致密的對(duì)稱(chēng)BCTb膜片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:1450℃燒結(jié)的中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度最高，達(dá)到146Mpa。BCTb中空纖維膜的孔隙率隨著燒結(jié)溫度的提高而逐漸降低。BCTb中空纖維膜和膜

3、片的密度都隨燒結(jié)溫度的提高而逐漸增大。致密膜透氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BCTb膜片和中空纖維膜的氫滲透速率都隨著溫度的升高和吹掃氣流量的增大而提高，對(duì)于膜片來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度為950℃、吹掃氣流量為80 ml/min、進(jìn)料氣是氫氣和氮?dú)獍?:4混合且總流速是50ml/min時(shí)，膜片的氫氣透過(guò)速率能達(dá)到0.013μmol·cm-2·s-1（0.018 mL·min-1·cm-2）的最大值；當(dāng)溫度是1000℃、吹掃氣流量是30ml/min、進(jìn)料氣是氫氣和

4、氦氣等流速混合且總流速是40ml/min時(shí) BCTb中空纖維膜的氫氣透過(guò)速率能達(dá)到0.422μmol·cm-2·s-1的最大值。在 H2氣氛下，經(jīng)過(guò)72h的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性測(cè)試表明，BCTb中空纖維膜在氫氣氣氛下，850℃時(shí)可以連續(xù)工作而性能不會(huì)有很大變化，只是結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一些分相。BCTb中空纖維膜的氧滲透流量實(shí)驗(yàn)證明該材料不適于做透氧材料。
　　其次，通過(guò)靜壓-燒結(jié)技術(shù)制備出了Ni-BCTb對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)陶瓷膜片。對(duì)Ni-BCTb對(duì)稱(chēng)

5、和非對(duì)稱(chēng)陶瓷膜片進(jìn)行了XRD、SEM、電導(dǎo)率和透氫速率等的測(cè)定。測(cè)試結(jié)果顯示：Ni-BCTb對(duì)稱(chēng)陶瓷膜片在室溫時(shí)的電導(dǎo)率是400S/cm，隨著溫度的升高，電導(dǎo)率逐漸降低。在850℃時(shí)，透過(guò)90μm厚致密分離層Ni-BCTb非對(duì)稱(chēng)陶瓷膜片的氫氣透過(guò)速率為0.914 mL·min-1·cm-2，進(jìn)料氣為氫氣和氮?dú)獍?:1流速比混合。表面交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)對(duì)氫氣滲透有著控制性的影響。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明Ni-BCTb非對(duì)稱(chēng)陶瓷膜片在氫氣滲透過(guò)程中不是很