[发明专利]一种超薄高透氧率双相致密透氧膜的制备方法及其制得的产品

说明书

本发明公开了一种超薄高透氧率双相致密透氧膜的制备方法，首先通过自牺牲模板法制备出多孔SDC基体层，随后在低氧分压端通过丝网印刷法或者真空旋涂法涂覆离子导电相SDC和电子导电相CCO的复合物，然后经过共烧后在SDC基体层表面形成一层超薄致密SDC‑CCO双相膜层，从而制备得到不对称双相致密透氧膜。此外，还公开了利用上述制备方法制得的产品。本发明能够在多孔SDC基体层表面获得超薄致密的SDC‑CCO双相膜层，大大缩短了氧离子的传输路径，同时有效保证了膜片的强度，有利于膜片的封装，可广泛应用于空气中的氧分离、甲烷部分氧化及富氧燃烧等领域。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种超薄高透氧率双相致密透氧膜的制备方法及其制得的产品。

背景技术

混合导体致密膜在高温下具有非常高的氧渗透能力，可以作为气体分离膜从含氧气体中分离制取氧气，适用于纯氧制备、甲烷部分氧化制合成气(CO/H₂)、甲烷氧化偶联制烃、富氧燃烧等过程，近十几年来已引起了极大的关注和研究。

按照材料的相组成不同，混合导体膜可以分为单相透氧膜与双相透氧膜。对于单相透氧膜而言，一般透氧性能较高的材料是含Co的材料，如Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃和La_0.2Sr_0.8Co_0.8Fe_0.2O₃等，由于其氧空位浓度高，因此具有较高的透氧性能。但是该类材料的结构稳定性和机械性能较差，不适合工业化应用。而双相透氧膜由电子相和离子相构成，氧离子和电子有不同且相互独立的通道，尤其是离子相通常选择具有高离子电导率、结构稳定和低热膨胀系数的固体电解质材料，制备出的双相透氧膜通常具有很好的长期稳定性和机械性能，与透氧装置其它配件的热匹配性更好，因此，双相透氧膜是一种很有发展潜力的氧分离膜材料。

与单相透氧膜相比，双相透氧膜存在的主要问题是透氧率普遍较低(<1ml cm^-2min^-1，即7.44×10^-8mol cm^-2s^-1)，还不能满足实际应用的要求，这也是目前双相膜材料亟待解决的重要问题之一。一般来说，影响双相透氧膜透氧过程的限速步骤是氧离子传导，尤其是在较低的温度下。现有技术通常采用以下两种方式加以解决：一是通过提高氧离子导电相的比例来提高双相材料的透氧率，但是氧离子导电相含量太高会导致电子导电相形成不了连通网络，因此这种方法对提升透氧率是有限的；二是通过对膜片进行减薄来缩短氧离子的传输路径，以达到提升透氧性能的目的。但是膜片减薄到一定程度后会带来机械强度降低、测试封装难度增大等一系列问题，从而不能满足实际应用的要求。因此，如何在减薄膜片的同时保证其具有较高的强度是双相透氧膜能否得到实际应用的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超薄高透氧率双相致密透氧膜的制备方法，以形成多孔基体层表面附有超薄致密双相膜层的不对称双相膜，从而获得高透氧率、高强度的双相致密透氧膜。本发明的另一目的在于提供利用上述超薄高透氧率双相透氧膜的制备方法制得的产品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种超薄高透氧率双相致密透氧膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)多孔SDC基体层的制备

按照体积比SDC∶模板剂＝6～8∶2～4，采用自牺牲模板法制备多孔SDC基体层；

(2)双相膜层的制备