[发明专利]一种板状透氧膜组件的制备方法

说明书

本发明提供了一种制备板状透氧膜组件的方法，该方法的步骤为：(1)具有槽式直通通道与圆通孔结构的透氧膜片的制备；(2)、透氧膜一体膜片的制备：把两片具有直通通道与通孔结构的透氧膜片粘连到一起，经高温烧结后得到烧结一体透氧膜片；(3)、透氧膜片串联集束成型：将透氧膜片用陶瓷管串联成一体，膜片上下两侧粘连致密透氧膜环固定，连接处涂覆高温密封胶，经高温固化后得到板状透氧膜组件。本发明针对负载膜透氧量高的特点，对负载膜载体层侧结构进行可控改变，得到槽式直通通道作为气体流通通道，并将膜片串联设计得到板状负载膜组件。该方法得到的负载膜组件机械强度好、透氧量高，气体流通线路畅通，有望用于纯氧制备等工业应用。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，具体涉及一种板状透氧膜组件的制备方法。

背景技术

混合导体透氧膜是一类同时具有氧离子导电性和电子导电性的无机陶瓷膜，在高温条件下，当透氧膜两侧存在氧浓度差时，氧会以氧离子的形式通过氧空位从高氧分压侧迁移到低氧分压侧，通过这种特有的氧离子空位机制来传导氧离子使得混合导体透氧膜理论上有100％氧选择性，在纯氧制备、CO₂捕获、甲烷部分氧化制合成气等领域有着广阔的应用前景。

具有非对称结构的负载膜是近几年透氧膜领域研究的热点，这种结构形式的透氧膜通常是由多孔载体层与负载在上面一层致密的透氧膜薄层组合而成。致密层没有通孔，提供氧分离作用，多孔载体层提供一定机械强度并且减小气体通过的阻力。因此，与传统的片状或者管状的透氧膜相比，负载膜在透氧量上有了明显的提升。

从目前的研究状况看，单片的负载膜在实际应用中没有太多的应用价值，。首先膜片需要足够的厚度，否则机械强度达不到实际生产应用，另外单片膜片提供的有效膜面积有限，较厚的膜厚和较小的膜反应面积都会对膜片性能产生影响。另外在流延法制备膜带过程中，造孔剂一般是随机的分布在载体层中，高温烧结后得到的孔也是随机分布并且形状大小不一，膜两侧浓差极化也影响了流体在膜中的流动，从而影响膜的性能。与单片负载膜相比，强化成型的膜组件不仅具有良好的机械强度和较大的膜反应面积，另外对膜片结构进行可控调变留出气体流通通道，气体通道可以有效减小气体流通时的阻力从而提高膜片性能。本发明针对单片负载膜进行强化成型制得透氧膜组件，所制得的透氧膜组件便于组装成型并且机械强度好、透氧量高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有槽式直通通道与圆通孔结构的板状陶瓷透氧膜组件的制备方法。本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

(1)具有槽式直通通道与圆通孔结构的透氧膜片的制备

利用紫外激光切割机对板状透氧膜片多孔载体层进行切割得到槽式直通通道，在膜片中心位置切割出圆通孔，得到具有直通通道与圆通孔结构的透氧膜单片；

(2)透氧膜一体膜片的制备

把两片具有通道与通孔结构的透氧膜单片粘连到一起，采用高温烧结得到烧结一体致密透氧膜片；

(3)透氧膜片串联集束成型

利用高温密封胶将多个烧结一体的透氧膜片利用陶瓷管串成一体，高温固化后得到透氧膜组件。

本发明所述步骤(1)中，板状透氧膜片通过叠层热压法或等静压法制备，厚度0.5-5.0mm。膜片形状、槽式直通通道与圆通孔均由紫外激光切割机切割得到，透氧膜片形状可以是圆、正方形、矩形、正三角形、正六边形等中的一种或几种组合。槽式直通通道位于载体层侧，直通通道深度0.1-4.0mm，宽度0.1-2.0mm，通道间距0.1-2.0mm，圆通孔位于膜片中心位置，直径5-50mm。

进一步地，本发明所述步骤(2)中，将两片透氧膜片按照直通通道形成夹角θ(0°≤θ≤90°)上下粘连成型，在膜片直通通道侧均匀涂抹有机胶后将膜片粘连一起，粘连好的膜片烧结采用高温烧结，首先在马弗炉中低温排除有机添加剂，然后升至1100-1500℃进行高温烧结，时间3-10h，冷却后得到烧结一体致密透氧膜。