1、在當今世界能源短缺和全球變暖的嚴峻形勢下，基于氧離子電子混合傳導的陶瓷氧分離膜(mixed oxygen-ion and electron-conducting membrane，MIECM)，作為一種高效、清潔新型的純氧滲透裝置備受關注。但目前距離陶瓷透氧膜的產業(yè)化推廣應用尚有一定距離，其中最主要問題是膜材料的氧滲透性和膜的長期穩(wěn)定性有待提高。
　　 目前，MIECM材料主要有兩類，一類是單相混合傳導材料，另一類是雙相復合材料

2、。單相混合傳導材料一般具有較高的氧滲透性能，但穩(wěn)定性較差（如抗還原穩(wěn)定性，抗CO2或抗H2O穩(wěn)定性等，而透氧膜的實際應用，氣氛中大多含有CO2和/或H2O），結果導致結構變化和性能下降。單相材料的氧滲透，源自材料結構中的氧空位缺陷和存在有可變價元素（分別有利于氧離子和電子傳導），而這些缺陷往往又是造成材料結構中的不穩(wěn)定的故有因素。因此，目前幾乎還沒有可商業(yè)應用的單相透氧膜材料。當然，隨著膜材料科學的研究和發(fā)展，將來或許能夠獲得滿足實際應

3、用要求的高性能單相膜材料，但可能需要等待相當長的時間。采用雙相復合透氧膜材料，并結合發(fā)展先進的透氧膜結構設計和制備技術，為解決單相材料透氧膜存在的諸多問題，包括提高膜的機械強度，提供了有效途徑。
　　 在本論文著重于的適宜于小梯度操作的雙相復合透氧膜的制備和應用研究。本論文研究工作主要包括兩個方面。一是采用gelcasting技術，研究制備高性能非對稱La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ(LSCF)-2r0.84Y0

4、.16O1.92(YSZ)管狀陶瓷氧分離膜,即研究采用gelcasting技術制備LSCF-YSZ多孔支撐體，浸漬方法(dip-coating)和高溫共燒(co-sintering)技術制備致密膜層和透氧膜功能層；二是研究CO2/CO小梯度下，研究La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-8(LSCF)-Zr0.84Y0.16O1.92(YSZ)片狀膜和中空纖維膜的氧滲透性能。
　　 論文第一章簡單介紹了MIECM的工作原理

5、、技術現狀、發(fā)展趨勢和存在的主要問題，據此確立本論文的研究內容和研究目標。
　　 第二章為采用凝膠澆注(gelcasting)、漿料浸漬和共燒技術制備非對稱管狀陶瓷透氧膜及研究結果。主要內容包括：采用水基凝膠澆注成型工藝(aqueous-based gelcasting)制備LSCF-YSZ非對稱管狀結構的多孔支撐體，研究gelcasting的漿料制備技術，以及漿料的分散劑加入量、造孔劑量、以及助燒劑NiO的來源等因素對漿料流動

6、性、固化等性能的影響，以及對坯體機械強度和燒結后多孔支撐體微結構、孔隙率等性能的影響。由水基凝膠澆注成型工藝成功制備的LSCF-YSZ多孔支撐體，采用低成本的浸漬/共燒方法制備致密LSCF-YSZ功能層，并測試此種新型設計的非對稱管狀陶瓷氧分離膜的氧滲透性能。結果顯示，950℃時，在air/He氣氛下，非對稱管狀膜的氧滲透速率為1.17×10-8mol·cm-2-s-1。盡管許多技術問題還需要進行一步研究、優(yōu)化和提高，但初步驗證了此種新

7、型設計的非對稱管狀陶瓷氧分離膜的可行性。
　　 第三章為LSCF-YSZ透氧膜應用于小梯度CO2/CO研究。采用于壓成型、高溫燒結和打磨技術制備不同厚度(0.5，1.0,1.5mm)的LSCF-YSZ片狀膜，在CO2/CO梯度下研究片狀膜的氧滲透性能和膜的穩(wěn)定性，并研究膜的限速步驟、膜在CO2/CO條件下的雙極電導率。結果顯示，在CO2/CO小梯度下，LSCF-YSZ膜表現出良好的穩(wěn)定性和可觀的氧滲透性。900℃時，0.5mm的

8、片狀膜氧滲透速率為2.06×10-8mol·cm-2-s-1；本章所研究的所有片狀樣品的氧滲透過程不單是由體擴散過程控制，而是由體擴散和表面擴散共同控制。采用相轉換法制備中空纖維膜，重點考察了漿料組成（各有機物和陶瓷粉的含量）、成型過程中的空氣間隙(airgap)、絮凝劑（水）的流速、坯體的擠出速度、燒結條件等因素對中空纖維膜管結構的影響。對于Ru基催化劑表面修飾改性的中空纖維膜管，在900℃，CO2/CO小梯度操作，進行透氧測量。結果