[发明专利]一种以陶瓷材料为支撑体的陶瓷-碳酸盐致密双相无机膜

说明书

本发明涉及无机膜制备领域，具体涉及一种以陶瓷材料为支撑体的陶瓷‑碳酸盐致密双相无机膜，该无机膜包含两相，一相是作为支撑体的陶瓷相，另一相是碳酸盐相；陶瓷相的材料为氧化钐掺杂氧化铈，碳酸盐相为混合碳酸盐。所述碳酸盐相为由碳酸锂和碳酸钠组成的混合碳酸盐，碳酸锂和碳酸钠的混合比例为52:48 mol%。本发明的致密无机膜在高温下可以直接分离CO₂，省去了混合排放气体的降温过程，节省了负载能量，变向的提高了生产经济收益。

技术领域

本发明涉及无机膜制备领域，具体涉及一种以陶瓷材料为支撑体的陶瓷-碳酸盐致密双相无机膜。

背景技术

目前，碳排放的主要源头是火电厂以及化工厂。CO₂捕集技术可以有效控制碳排放。CO₂的分离是捕集技术的第一步也是最重要的一个步骤。化学吸收法是成熟的工业分离CO₂的技术，但是这一技术也存在明显的缺点。在整个吸收工艺过程中，吸收剂的吸收效率低、吸收容量小以及操作的过程中高温气体需要降到较低温度（一般需150℃），这些都会导致大量额外能量的消耗与损失从而增加了分离成本。

相比传统的CO₂分离方法，膜分离法具有设备简单、占地面积小、能耗低以及操作简单等特点，近年来发展十分迅速并且被认为是具有极大潜力发展成CO₂工业分离的技术。有机聚合物膜和一些无机膜（如微孔无机膜）虽然具备一定的CO₂分离效果，但是这些膜仍然无法在高温（ 600 ℃）下分离CO₂，而高温富CO₂的混合气体（如烟道气、重整合成气）的温度一般都在500-1000 ℃，这样一来，采用传统方法分离高温气体中的CO2需要将混合气降温到150 ℃以下进行，降温过程会消耗大量负载能量，增加了生产和减排的成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种以陶瓷材料为支撑体的陶瓷-碳酸盐致密双相无机膜，该膜可以在500-1000oC的温区内分离CO₂。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种以陶瓷材料为支撑体的陶瓷-碳酸盐致密双相无机膜，其特征在于：该无机膜包含两相，一相是作为支撑体的陶瓷相，另一相是碳酸盐相；陶瓷相的材料为氧化钐掺杂氧化铈（Sm₂O₃ doped-CeO₂，SDC），碳酸盐相为混合碳酸盐。

优选地，所述碳酸盐相为由碳酸锂和碳酸钠组成的混合碳酸盐，碳酸锂和碳酸钠的混合比例为52:48 mol%。

优选地，所述碳酸盐相为由碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾组成的混合碳酸盐，碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的混合比例为42.5/32.5/25 mol%。

进一步地，制备时，利用相转换纺丝法制备出中空纤维管状、片状或粗管状的陶瓷支撑体，该支撑体是多孔结构，平均孔径为1-2微米；然后，再将混合碳酸盐烧至熔融状态，通过直接浸润的方法使熔融碳酸盐浸注到陶瓷支撑体的孔道内，将支撑体的孔填满，形成了致密的陶瓷-碳酸盐双相中空纤维无机膜。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明的致密无机膜在高温下可以直接分离CO₂，省去了混合排放气体的降温过程，节省了负载能量，变向的提高了生产经济收益；

2）由于特殊的高温分离机理，该陶瓷膜对CO₂的选择性理论上可以达到无限大，对CO₂具有单一的选择性，从而扩展了该发明的应用环境和领域。

附图说明

图1为本发明实施例一种以陶瓷材料为支撑体的陶瓷-碳酸盐致密双相无机膜的结构示意图。

图2为本发明实施例一种以陶瓷材料为支撑体的陶瓷-碳酸盐致密双相无机膜的工作原理图。

具体实施方式