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文献综述
1.1研究背景陶瓷膜空气分离技术作为传统低温精馏和变压吸附空气分离方法的替代者,具有分离效率高、设备投资低、能耗低和易与其它工艺组合连用等优点。
加速陶瓷膜分离技术的工业化进程,不仅可以提高煤炭等化石能源的使用效率,还可以减缓全球气候变暖的趋势[1]。
目前,制约陶瓷膜分离技术发展的主要因素仍然是混合导体材料较低的氧渗透性能和较差的长期操作稳定性。
同时,富氧燃烧等实际工业化工程中产生的大量CO2气体进一步提高了对混合导体材料相结构稳定性的要求。
这是因为大多数混合导体氧化物组成中含有的碱土金属离子,易与CO2反应形成碳酸盐,并且钙钛矿结构中的过渡金属离子也会造成其相结构在CO2气氛中发生变化[2]。
因此,为了促进陶瓷膜分离技术的商业化进程,迫切的需要开发出同时具有高氧通量和高抗CO2中毒性能的材料。
1.2陶瓷膜氧传输机理简介在过去的几十年中,主要形成了空穴机理,间隙机理和空穴与间隙组合机理来解释氧离子在陶瓷膜氧化物中的传递过程,其中空穴机制是通过原子或离子在氧空穴之间的跳跃,而间隙机制则是通过较小原子从间隙位点到相邻间隙位点的移动;陶瓷膜氧渗透过程的机理主要取决于其氧化物中存在的氧缺陷类型[3]。
众所周知,钙钛矿型混合导体氧化物的内部存在一定浓度的氧空穴能够实现氧离子的传递,所以主要讨论氧空穴机制控制的氧渗透过程。
由于钙钛矿氧化物的组成中存在一些易被还原的多价态金属离子,随着温度的升高其会形成大量的氧空穴[4]。
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