SDC-SSF双相透氧膜的表面优化及其氧渗透性能

摘要

首先通过溶胶凝胶法制备了SDC SSF(75%Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(2-δ)25%Sm_(0.6)Sr_(0.4)FeO_(3-δ),质量分数)萤石钙钛矿双相透氧膜,进而基于化学刻蚀技术在SDC SSF双相透氧膜表面构筑了超微多孔结构,基于该多孔结构实现了高强度表面活化催化剂的负载.实验结果表明,通过化学刻蚀法可以有效去除双相膜表面的SSF钙钛矿相,则剩余SDC萤石相自发形成超微多孔结构.在多孔层表面涂覆低熔点含钴钙钛矿BSCCF(Ba_(0.4)Sr_(0.4)Ca_(0.2)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ))催化剂粉体,二次高温烧结后可以实现BSCCF催化剂的熔化和孔道渗入,从而在双相膜表面构筑了高强度BSCCF催化剂涂层.系统对比了原始基膜、多孔膜和负载催化剂膜的透氧膜量、活化能和速率控制步骤,研究发现经过化学刻蚀和催化剂负载后,双相透氧膜的透氧量会逐步增加,优化后的SDC SSF双相膜片(厚度1.0mm)最高透氧量在950℃时可达到0.37mL/(cm^(2)·min).由Wagner方程理论分析可以发现通过化学刻蚀和催化剂涂层,SDC SSF双相透氧膜的透氧速率控制步骤,由表面交换控制转向体相控制.提供了一种为双相透氧膜表面构筑高强度表面活化催化剂的有效方法.