鈣鈦礦型質(zhì)子氧離子導(dǎo)體輸運特征研究.pdf

1、隨著石油資源的逐步消耗,氫氣作為一種潔凈能源而備受科研工作者的重視:氫氣也是一種應(yīng)用廣泛的化工原料,如合成氨工業(yè),加氫脫氫反應(yīng)等.氫分離對于很多的化工過程具有十分重要的意義.BaCe<,0.9>Y<,0.1>O<,2.95>(簡稱BCY10)具有較高的質(zhì)子電導(dǎo)率,而且在外短路條件下,氫氣可以選擇性地從濕潤的高氫分壓端滲透到低氫分壓端,從而實現(xiàn)氫分離.該論文試圖闡述鈣鈦礦體系BCY10中質(zhì)子傳輸機(jī)理,高氫分壓端中水蒸氣分壓對氫滲透率的影響

2、以及B位摻雜可變價金屬元素對質(zhì)子傳輸?shù)挠绊?第一章主要介紹了工業(yè)中涉氫的化工過程,氫分離與加入的意義,無機(jī)透氫膜及其應(yīng)用,以及鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物氫滲透和氧滲透理論.第二章為實驗部分,通過固相反應(yīng)法成功地制備了鈣鈦礦型氧化物BCY10&BCYF(BaCe<,0.8>Y<,0.1>Fe<,0.1>O<,3-δ>).實驗證實:外短路條件下,氫氣和氧氣均可以選擇性地透過BCY10致密膜.BCY10&BCYF在氫滲透條件下沒有相變及分解發(fā)生,只是在

3、濕潤高氫分壓氣氛側(cè)的樣品表面比無水蒸氣且氫分壓較低的吹掃側(cè)表面疏松,并且孔較多,可能是樣品表面與水蒸氣&氫氣相互作用的結(jié)果.對于BCY10體系,在高濃度的氫分壓與氧分壓基本一致時,J<,H2>>>J<,O2>,Ea(H<,2>));隨著T<,H2O>的增加,J<,H2>增大,Ea (H<,2>)逐漸降低;BCY10體系的氫滲透&氧滲透的厚度關(guān)系實驗表明,在該論文討論的厚度(0.82mm)時,體擴(kuò)散過程是氫滲透&氧滲透的

4、速控步.對于BCYF體系,在相同條件下,其氫滲透率遠(yuǎn)低于BCY10的氫滲透率. 第三章討論了鈣鈦礦體系中質(zhì)于傳輸機(jī)理,分析表明中溫段(600℃— 750℃)時,質(zhì)子在BCY10體系中傳輸仍然以Grotthuss機(jī)制為主;我們引入固體氧化物堿度的概念,成功地解釋了水蒸氣在氫滲透過程中的作用:H<,2>O(gas)在BCY10體系表面V<,0><'..>處形成一層OH<,0><'.>,樣品表面堿度增加,同時帶有一個負(fù)電荷的OH<'->成為吸