专利名称：一种高温CO<sub>2</sub>分离膜的制备方法
技术领域：
本发明属于膜分离领域，具体涉及一种由陶瓷相和碳酸盐相组成，同时具有较高的CO2渗透通量以及CO2选择性的高温CO2分离膜的制备方法。
背景技术：
当今，大气环境逐渐变暖，即所谓的温室效应，成为最受关注的环境问题之一。它给人类带来多方面的危害，如地球上病虫害增加、海平面上升、气候反常、土地干旱等等。尽管产生全球气候变暖的原因是多方面的，但研究表明，温室气体如CO2的大量排放是最主要的原因。化石燃料诸如煤，石油和天然气燃烧释放的大量CO2是造成大气中CO2浓度日益增大的主要原因。在此背景下，二氧化碳的减排、回收、固定、利用及相关的资源再生问题已成为全球关注的“热点”课题。CO2的分离回收技术一般包括吸收分离法、吸附分离法、低温分离法和膜分离法等。其中膜分离法是基于混合气中每种气体通过膜的选择渗透性不同，是一种连续的、稳定的操作过程，能量利用效率高，特别适用于气体分离。用于CO2分离的有机膜和无机多孔膜一般都受限于低的选择性或者低的渗透量。另外，这些膜在温度升高时(>300° C) 一般都逐渐丧失选择性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供了一种高温CO2分离膜的制备方法。本发明的技术方案为:一种高温CO2分离膜的制备方法，其具体步骤为:A、通过高能球磨的方法将造孔剂掺入陶瓷粉体中，其中掺入的造孔剂质量占陶瓷粉体和造孔剂总质量的10% 40%，球磨时间为30 60min ;B、将步骤A制得的粉体通过干压，焙烧得到陶瓷基片；其中焙烧温度为900 1200° C，焙烧时间为3 5h ;C、将步骤B所得陶瓷基片放入碳酸盐粉体中进行浸溃操作，得到高温CO2分离膜；其中浸溃温度为400 900° C，浸溃时间为20 40min。膜片主体由陶瓷相(I)与碳酸盐相(2)组成。优选所述的陶瓷粉体优选锶钴基钙钛矿、钡铁基钙钛矿、金属离子掺杂氧化铈中的一种，更优选为 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 中的一种。优选所述的造孔剂材料为容易焙烧掉或者流失掉的材料，优选石墨、活性炭、淀粉或碳酸盐，其中碳酸盐优选至少为Li2C03、Na2CO3或K2CO3中的一种。优选浸溃的碳酸盐粉体至少为Li2C03、Na2CO3或K2CO3中的一种。本发明所制备的高温CO2分离膜中的陶瓷相(I)材料为具有良好氧离子导电能力的材料，一般为锶钴基钙钛矿、钡铁基钙钛矿、金属离子掺杂氧化铈等中的一种；优选为 La。.8Sr。.2Μη03_ δ、La。.6Sr。.4Co。.2Fe。.803_δ、Ba。.5Sr。.5Co。.8Fe。.203_δ、Sma2Cea8Oh9 或(ZrO2)a92(Y2O3)atl8中的一种；碳酸盐相(2)材料为碳酸盐的一种或多种混合而成，优选为K2CO3, Li2CO3, Na2CO3等碳酸盐的一种或多种混合而成。所制备得到的CO2分离膜中碳酸盐相质量一般为占整个膜片的质量分数的5% 40%。本发明中的CO2渗透膜的示意图如
图1所示:氧离子在由CO2浓度低的一侧传递到浓度高的一侧，相反，碳酸根离子由CO2浓度高的一侧传递到浓度低的一侧。在CO2浓度高的一侧，CO2同陶瓷相内的氧离子相结合生成碳酸根离子，碳酸根离子传递到CO2浓度低的一侧，释放出co2。反应机理可以描述为:
权利要求
1.一种高温CO2分离膜的制备方法，其具体步骤为:A、通过高能球磨的方法将造孔剂掺入陶瓷粉体中，其中掺入的造孔剂质量占陶瓷粉体和造孔剂总质量的10% 40%，球磨时间为30 60min ;B、将步骤A制得的粉体通过干压，焙烧得到陶瓷基片；其中焙烧温度为900 1200° C，焙烧时间为3 5h ;C、将步骤B所得陶瓷基片放入碳酸盐粉体中进行浸溃操作，得到高温CO2分离膜；其中浸溃温度为400 900° C，浸溃时间为20 40min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的陶瓷粉体为Laa8Sra2MnO3+La0.6Sr0.4。00.2Fe0> 803_ δ、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.203_ δ、Sm0 2Ce0> 80L 9 或(ZrO2) 0.92 (Y2O3) 0.0s 中的种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的造孔剂为石墨、活性炭、淀粉或碳酸盐。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于所述的碳酸盐至少为K2C03、Li2C03或Na2CO3中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种高温CO2分离膜的制备方法。该分离膜由陶瓷相与碳酸盐相组成。其中陶瓷相的材料是具有良好氧离子导电能力的固体氧化物材料，碳酸盐相的材料采用碳酸钾，碳酸锂，碳酸钠等碳酸盐的一种或多种。通过浸渍的方法将碳酸盐相浸入陶瓷相中去，操作温度为400～900°C，浸渍时间为20～40min。本发明的工艺简单，且不需要昂贵的实验仪器。分离膜的工作温度为400～900°C，并且同时具有很高的CO2渗透通量以及CO2选择性。
文档编号C01B31/20GK103071397SQ20131001735
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者冉然, 杨斌斌, 邵宗平, 时焕岗, 李超, 徐栋 申请人:南京工业大学