新型无机透氧膜材料及膜反应器研究

摘要

氧离子-电子混合导体材料（简称混合导体材料）在中高温条件下同时具有较高的氧离子和电子导电能力.如果在该类材料制成的膜体两侧施加一定的氧分压差,氧气将从膜体的一侧选择性地渗透至另一侧,从而实现氧气与其它气体的分离.因此,混合导体材料在纯氧制备及许多涉氧过程中（如钢铁冶炼、富氧燃烧、甲烷部分氧化等）具有广泛的应用前景.该论文由两部分组成：第一部分（第一章～第五章）着重研究了一类新型无机混合导体透氧材料的氧渗透性能和机理,以及化学组成、相组成、微结构性质等与材料氧渗透能和力学性能之间的关系;第二部分（第六章～第八章）提出了一种新型的催化透氧膜反应器模型,并对该反应器在POM反应（partial oxidation of methane to synthesis gas,甲烷部分氧化制合成气）中的应用进行了研究.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章混合离子-电子导体材料氧渗透机理及研究概况

1.1致密混合离子-电子导体透氧膜的基本概念

1.2混合导体膜氧渗透原理

1.3混合导体透氧膜材料的研究概况

1.3.1单相单通道结构

1.3.2双相混合结构

1.3.3单相层状双通道结构

1.4本论文第一部分(第一章～第五章)的研究目的及内容

参考文献

第二章实验方法及设备

2.1氧渗透测量

2.1.1测量原理及装置

2.1.2样品的处理

2.1.3高温封接

2.1.4氧渗透率的计算

2.1.5氧渗透率数据的尺寸效应校正

2.2 YBa2Cu3-xCoxO6+δ氧非化学计量值δ的测定

2.2.1原理

2.2.2实验步骤

2.3气氛淬火处理

2.3.1实验装置

2.3.2实验步骤

2.4色谱准备

2.4.1色谱配置及条件设置

2.4.2色谱工作曲线的标定

参考文献

第三章新型混合导体氧化物—YBa2Cu3O6+δ的氧渗透性能及氧渗透机理研究

3.1引言

3.2YBa2Cu3O6+δ氧化物的相结构

3.3 YBa2Cu3O6+δ的氧渗透性能

3.3.1实验

3.3.2 YBa2Cu3O6+δ氧渗透率测量结果

3.3.3 YBa2Cu3O6+δ氧渗透率与温度的关系

3.4 YBa2Cu3O6+δ氧渗透机理

3.4.1氧离子传导

3.4.2电子传导

3.5氧非化学计量值δ及其对氧渗透过程的影响

3.5.1氧非化学计量与温度及氧分压的关系

3.5.2氧非化学计量对氧的体相扩散的影响

3.5.3氧渗透过程中的驰豫现象

3.6氧离子电导率及氧化学扩散系数研究

3.6.1氧离子电导率σi的求算方法及其问题

3.6.2氧化学扩散系数的计算

3.7结论

参考文献

第四章YBa2Cu3-xCoxO6+δ(x=0～1.0)的氧渗透性能研究

4.1引言

4.2 YBa2Cu 3-xCoxO6+δ (x=0～1.0)氧化物的相结构

4.3实验

4.3.1样品制备

4.3.2样品的基本物性表征

4.3.3稳态法测定氧渗透率

4.3.4氧非化学计量值δ的测定

4.4 YBa2Cu3-xCoxO6+δ氧非化学计量值δ的研究

4.4.1 Co含量对氧非化学计量值δ的影响

4.4.2 Co含量对氧非化学计量与温度及氧分压依赖关系的影响

4.5 YBa2Cu3-xCoxO6+δ氧渗透性能的研究

4.5.1 Co含量对氧渗透率的影响

4.5.2 Co含量对氧渗透弛豫现象的影响

4.5.3 Co含量对氧渗透表观活化能的影响

4.6结论

参考文献

第五章Y1-xZrxBa2Cu3O6+δ的力学性能及氧渗透研究

5.1引言

5.2 Y1-xZrxBa2Cu3O6+δ的相结构

5.3实验

5.3.1样品制备

5.3.2样品相对密度的计算

5.3.3样品的基本物相表征

5.3.4力学性能测量

5.3.5稳态法测定氧渗透率

5.4 Y1-xZrxBa2Cu3O6+δ样品的相组成与微结构

5.4.1 Zr掺杂量x对Y1-xZrxBa2Cu 3O6+δ相组成的影响

5.4.2 Zr掺杂量x对Y1-xZrxBa2Cu 3O6+δ样品微结构的影响

5.5 Y1-xZrxBa2Cu3O6+δ样品的力学性能研究

5.6 Y1-xZrxBa2Cu3O6+δ样品的氧渗透性能研究

5.7结论

参考文献

第六章甲烷制合成气透氧膜反应器研究概况及新型膜反应器模型

6.1甲烷(天然气)制合成气膜反应器的研究意义

6.2 POM透氧膜反应器的研究进展

6.3 POM透氧膜反应器中亟待研究的问题

6.4新型POM催化透氧膜反应器模型

6.4.1设计原理

6.4.2燃烧—重整串联透氧膜反应器优缺点分析

6.4.3燃烧—重整串联透氧膜反应器对透氧膜管的要求

6.4.4燃烧—重整串联透氧膜反应器对重整催化剂的要求

6.5本论文第二部分(第六章～第八章)的研究目的及内容

参考文献

第七章SrFe1.5-xCoxO3.25-δ透氧膜在大梯度下的氧渗透性能及稳定性研究

7.1引言

7.2 SrFe1.5-xCoxO3.25-δ的相结构

7.2.1 Co掺杂量对SrFe1.5-xCoxO3.25-δ体系氧化物相组成的影响

7.2.2制备工艺对SrFe1.5-xCoxO3.25-δ体系氧化物相组成的影响

7.2.3环境氧分压对SrFe1.5-xCoxO3.25-δ相组成的影响

7.3 SrFe1.5-xCoxO3.25-δ复合氧化物大梯度下氧渗透机理

7.3.1氧离子的体相扩散

7.3.2表面氧交换

7.4大梯度下氧渗透性能研究

7.4.1实验

7.4.2 SrFe1.5-xCoxO3.25-δ氧化物的氧渗透性能与Co含量的关系

7.5 CO氧化反应对SrFe1.5-xCoxO3.25-δ透氧膜结构的影响

7.6结论

参考文献

第八章燃烧—重整串联透氧膜反应器性能及POM反应机理的研究

8.1引言

8.2实验

8.2.1SrFeCo0.5O3.25-δ管状透氧膜(SFC透氧膜管)的制备及物相表征

8.2.2催化剂制备及物相表征

8.2.3燃烧—重整串联膜反应器构造

8.2.4反应器性能评价系统

8.2.5燃烧—重整串联膜反应器中POM反应实验

8.2.6无催化剂条件下空白反应实验

8.3结果与讨论

8.3.1燃烧—重整串联膜反应器中POM反应性能

8.3.2 SFC透氧膜管氧渗透性能的活化过程

8.3.3 SFC透氧膜管氧渗透性能活化过程的机理研究

8.3.4催化透氧膜反应器中POM反应的机理

8.4结论

参考文献

附录燃烧—重整串联透氧膜反应器中透氧膜管内壁氧分压的估算

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