專利名稱：一種高溫CO₂分離膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜分離領(lǐng)域，具體涉及一種由陶瓷相和碳酸鹽相組成，同時(shí)具有較高的CO2滲透通量以及CO2選擇性的高溫CO2分離膜的制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，大氣環(huán)境逐漸變暖，即所謂的溫室效應(yīng)，成為最受關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。它給人類帶來(lái)多方面的危害，如地球上病蟲害增加、海平面上升、氣候反常、土地干旱等等。盡管產(chǎn)生全球氣候變暖的原因是多方面的，但研究表明，溫室氣體如CO2的大量排放是最主要的原因?；剂现T如煤，石油和天然氣燃燒釋放的大量CO2是造成大氣中CO2濃度日益增大的主要原因。在此背景下，二氧化碳的減排、回收、固定、利用及相關(guān)的資源再生問(wèn)題已成為全球關(guān)注的“熱點(diǎn)”課題。CO2的分離回收技術(shù)一般包括吸收分離法、吸附分離法、低溫分離法和膜分離法等。其中膜分離法是基于混合氣中每種氣體通過(guò)膜的選擇滲透性不同，是一種連續(xù)的、穩(wěn)定的操作過(guò)程，能量利用效率高，特別適用于氣體分離。用于CO2分離的有機(jī)膜和無(wú)機(jī)多孔膜一般都受限于低的選擇性或者低的滲透量。另外，這些膜在溫度升高時(shí)(>300° C) 一般都逐漸喪失選擇性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供了一種高溫CO2分離膜的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種高溫CO2分離膜的制備方法，其具體步驟為:A、通過(guò)高能球磨的方法將造孔劑摻入陶瓷粉體中，其中摻入的造孔劑質(zhì)量占陶瓷粉體和造孔劑總質(zhì)量的10% 40%，球磨時(shí)間為30 60min ;B、將步驟A制得的粉體通過(guò)干壓，焙燒得到陶瓷基片；其中焙燒溫度為900 1200° C，焙燒時(shí)間為3 5h ;C、將步驟B所得陶瓷基片放入碳酸鹽粉體中進(jìn)行浸潰操作，得到高溫CO2分離膜；其中浸潰溫度為400 900° C，浸潰時(shí)間為20 40min。膜片主體由陶瓷相(I)與碳酸鹽相(2)組成。優(yōu)選所述的陶瓷粉體優(yōu)選鍶鈷基鈣鈦礦、鋇鐵基鈣鈦礦、金屬離子摻雜氧化鈰中的一種，更優(yōu)選為 La。.8Sr0.2Μη03_ δ、La0 6Sr0.4Co。.2Fe。.803_ δ、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.203_ δ、Sm0.2Ce0.80L 9 或(ZrO2) 0.92 (Y2O3) 0.0s 中的一種。優(yōu)選所述的造孔劑材料為容易焙燒掉或者流失掉的材料，優(yōu)選石墨、活性炭、淀粉或碳酸鹽，其中碳酸鹽優(yōu)選至少為L(zhǎng)i2C03、Na2CO3或K2CO3中的一種。優(yōu)選浸潰的碳酸鹽粉體至少為L(zhǎng)i2C03、Na2CO3或K2CO3中的一種。本發(fā)明所制備的高溫CO2分離膜中的陶瓷相(I)材料為具有良好氧離子導(dǎo)電能力的材料，一般為鍶鈷基鈣鈦礦、鋇鐵基鈣鈦礦、金屬離子摻雜氧化鈰等中的一種；優(yōu)選為 La。.8Sr。.2Μη03_ δ、La。.6Sr。.4Co。.2Fe。.803_δ、Ba。.5Sr。.5Co。.8Fe。.203_δ、Sma2Cea8Oh9 或(ZrO2)a92(Y2O3)atl8中的一種；碳酸鹽相(2)材料為碳酸鹽的一種或多種混合而成，優(yōu)選為K2CO3, Li2CO3, Na2CO3等碳酸鹽的一種或多種混合而成。所制備得到的CO2分離膜中碳酸鹽相質(zhì)量一般為占整個(gè)膜片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5% 40%。本發(fā)明中的CO2滲透膜的示意圖如

圖1所示:氧離子在由CO2濃度低的一側(cè)傳遞到濃度高的一側(cè)，相反，碳酸根離子由CO2濃度高的一側(cè)傳遞到濃度低的一側(cè)。在CO2濃度高的一側(cè)，CO2同陶瓷相內(nèi)的氧離子相結(jié)合生成碳酸根離子，碳酸根離子傳遞到CO2濃度低的一側(cè)，釋放出co2。反應(yīng)機(jī)理可以描述為:
權(quán)利要求
1.一種高溫CO2分離膜的制備方法，其具體步驟為:A、通過(guò)高能球磨的方法將造孔劑摻入陶瓷粉體中，其中摻入的造孔劑質(zhì)量占陶瓷粉體和造孔劑總質(zhì)量的10% 40%，球磨時(shí)間為30 60min ;B、將步驟A制得的粉體通過(guò)干壓，焙燒得到陶瓷基片；其中焙燒溫度為900 1200° C，焙燒時(shí)間為3 5h ;C、將步驟B所得陶瓷基片放入碳酸鹽粉體中進(jìn)行浸潰操作，得到高溫CO2分離膜；其中浸潰溫度為400 900° C，浸潰時(shí)間為20 40min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的陶瓷粉體為L(zhǎng)aa8Sra2MnO3+La0.6Sr0.4。00.2Fe0> 803_ δ、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.203_ δ、Sm0 2Ce0> 80L 9 或(ZrO2) 0.92 (Y2O3) 0.0s 中的種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的造孔劑為石墨、活性炭、淀粉或碳酸鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征在于所述的碳酸鹽至少為K2C03、Li2C03或Na2CO3中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫CO2分離膜的制備方法。該分離膜由陶瓷相與碳酸鹽相組成。其中陶瓷相的材料是具有良好氧離子導(dǎo)電能力的固體氧化物材料，碳酸鹽相的材料采用碳酸鉀，碳酸鋰，碳酸鈉等碳酸鹽的一種或多種。通過(guò)浸漬的方法將碳酸鹽相浸入陶瓷相中去，操作溫度為400～900°C，浸漬時(shí)間為20～40min。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，且不需要昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器。分離膜的工作溫度為400～900°C，并且同時(shí)具有很高的CO2滲透通量以及CO2選擇性。
文檔編號(hào)C01B31/20GK103071397SQ20131001735
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者冉然, 楊斌斌, 邵宗平, 時(shí)煥崗, 李超, 徐棟 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)