射流等离子体强化钙钛矿中空纤维膜氧渗透性能的研究文献综述

 2021-10-27 09:10

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文 献 综 述混合导体氧渗透膜是一类同时具有氧离子传导性能和电子导电性能的陶瓷膜[1],其材质一般为钙钛矿氧化物。

此类膜在高温下(>700 C时),当膜两侧存在氧浓差梯度时,氧以氧离子(O2-)的形式通过晶格中动态形成的氧离子缺陷由高氧压区向低氧压区传导,与此同时电子通过在可变价的金属离子之间的跳跃朝相反的方向传导。

由于是通过晶格振动的形式来传导氧,理论上其对氧的选择性是100%,利用该材料制备的膜用于氧气分离,在能源与能源相关的核心领域均有重要的应用前景。

中空纤维膜的形状结构由于外经小,壁薄,因而具有很高的单位体积装填面积和较小的渗透阻力[4],若将其引入到混合导体氧渗透膜的构型当中并且设计出结构合理的膜组件,必须将对混合导体氧渗透膜的构型作用起到巨大的推动作用。

钙钛矿型混合导体氧渗透膜材料的氧渗透过程是一个复杂的物理化学过程,氧由高氧压区通过导体膜向低氧压区的扩散需要经历如下几个步骤:(1)高氧分压侧的气相氧扩散至膜表面;(2)氧分子物理吸附在膜表面;(3)吸附态氧在膜表面解离产生活性氧物种;(4)活性氧物种结合电子形成氧离子并进入氧空穴;(5)氧离子在膜体相通过氧空位跳跃式传输至低氧分压侧膜表面;(6)晶格氧从另一侧膜表面失去电子形成活性氧物种;(7)化学吸附氧释放电子形成氧分子;(8)氧分子从膜表面脱附;(9)氧气分子扩散至低氧分压气相主体。

其中,(5)步骤为体扩散过程,其余为氧表面交换过程[5],[6]。

膜的氧传输速率可能受主体扩散控制,也可能受表面交换控制,大多数情况下,膜的氧传输受两方面共同作用。

对于氧渗透速率受表面交换控制的膜材料,在膜表面制备一层多孔层或修饰一层具有良好的氧交换性能的材料,将有助于膜的氧渗透通量的提高。

Lee等[8]在Air/He气氛下研究不同厚度SrCo0.8Fe0.2O3-δ膜的氧渗透通量,发现该材料的氧渗透速率在所测量的操作条件下受表面交换控制。

Lee等[9]在膜表面修饰了一层同种材料的多孔层,膜的氧渗透速率得到明显的加强。

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