D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.06.014 第27卷第6期 北京科技大学学报 Vol.27 No.6 2005年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2005 透氧膜材料Cao.sSro.sCo.Fe1xO3-d的制备及性能 陈超群 间柏军冯根生张颖许丹娘李联生 北京科技大学治金与生态学院，北京100083 摘要在1000-1200℃温度范围内用固相反应法合成钙铁矿结构的材料CaSr。,Co,Fe1.O, 用XRD对合成的试样进行了物相分析，探讨合适的烧成制度.用直流四电极法对样品进行了 电导率测量.结果显示，制得的CaS:CoFeO样品为单相产物，具有良好的电性能，是 种有应用前景的混合导体材料， 关键词钙铁刊：固相反应：单相结构：电导率 分类号T℉124.32 氧离子和电子混合导电的复合氧化物陶瓷1实验部分 作为透氧的隔膜材料，在制氧、膜反应器、催化 剂、燃料电池、传感器等多方面有很好的应用前 1.1样品的制备过程 景，近20年来受到了学术界和工业界越来越多 实验采用固相反应法合成单相钙铁矿产物， 的关注".文献[6，刀研究将YSZ作为隔膜材料把 取CaCO,SrCO,CoO及FeO,等分析纯原料，按 CO,分解成有用的C0和C2,然而材料使用温度 目标生成物分子式中物质的量比例严格配料，将 高及气体分解速率慢等，法一步的研究还未见报 其在玛瑙研钵中研磨4h使之充分混匀.然后在 道.全球C0每年的排放量约为240亿t,严重地 200MPa压力下将粉料压制成直径20mm,厚度约 威胁着地球的生态环境，而目前尚无大规模处理 2.0mm的圆片，放在钼丝炉中加热，在900℃保温 和有效利用CO废气的方法周，因此，开发在中低 10h,然后分别在1000,1100,1200℃等不同温度 温下具有高透氧性能的新型陶瓷材料，深入研究 下保温12h烧成初坯.最后，将初坯再次破碎，研 CO,分解的电化学机理，是一项十分紧迫而意义 磨成粉，在280MPa等轴压力下，压制成直径16 重大的工作. mm,厚度为1,4mm的膜片，在1100℃下保温12 Nomura等认为高温下(Ba,Ca)(Co,Fe)O,-s产 h烧成样品. 生了晶格氧空位，在900~I123K间容易吸附C02. 1.2密度测量 Juhasz等研究了Ca,Sr-CoosFen,O系列材料的 利用阿基米德法对最后制成的样品进行密 显微结构及对CO的吸附性能，发现具有正交体 度测量，得到数值和计算的理论密度值比较，测 系的钙铁结构的Cao sSro:CoosFeos01的CO2吸附 量值均超过理论值的96%. 能力比Cao0sSToCoosFeosO6快1倍，而立方体系的 1.3物相分析 CaoosSrosCOoFeosO.则更稳定. XRD物相分析是在北京科技大学治金新技 本文对具有良好CO2吸附能力的CaosSrosCo. 术研究中心高温物理化学实验室的DMAX2500 FeO,(简称CSCFO)体系进行了系列研究，探讨 型X射线衍射仪上进行的，实验条件为：CK辐 适合CSCFO的烧成制度，寻求具有较高电导率 射，靶电极电压40kV,扫描范围为1090°，步长 的材料，为进一步的CO2热分解研究做准备. 为0.02°. 1.4电导测量 收稿日期：200509-13修回日期：2005-10-09 采用直流四电极法测量了试样的电导，图1 基金项目：国家白然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助 为电导测量装置示意图.将样品两面涂上铂浆， (No.50474073) 作者简介：陈超群(1978)，男，硕士研究生 放在两个铂片电极中间，用刚玉棒和弹簧夹紧，第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 透氧膜材料 ， 一 一 。的制备及性能 陈超群 闰柏 军 冯 根生 张 颖 许丹 娘 李联生 北 京 科技大学 冶 金 与 生 态学 院 ， 北 京 摘 要 在 一 ℃ 温度 范 围 内用 固相 反 应 法 合 成钙铁矿 结构 的材 料 玩 氏 洒 ， 用 对 合 成 的试 样 进行 了物 相 分 析 ， 探 讨 合 适 的烧成 制度 用 直 流 四 电极 法 对 样 品 进 行 了 电导 率 测 量 结 果 显 示 ， 制 得 的 “ 占样 品 为 单相 产 物 ， 具 有 良好 的 电性 能 ， 是 种有应 用 前 景 的混 合 导体 材料 关 键 词 钙 铁 矿 固相 反应 单相 结 构 电导 率 分 类号 氧 离 子 和 电子 混 合 导 电 的 复 合 氧 化 物 陶 瓷 作 为透 氧 的隔膜 材 料 ， 在 制 氧 、 膜 反 应 器 、 催 化 剂 、 燃 料 电池 、 传 感 器 等 多 方 面有很 好 的应 用 前 景 ， 近 年 来 受 到 了学术 界 和 工业 界 越 来 越 多 的关注 「 一 习 文 献 ， 研 究将 作 为 隔 膜 材 料 把 分解 成 有 用 的 和 ， 然 而材 料 使 用 温 度 高及 气 体 分 解速 率慢 等 ， 进 一 步 的研 究还 未 见报 道 全 球 每 年 的排 放 量 约 为 亿 ， 严 重 地 威胁 着地 球 的生 态 环境 ， 而 目前 尚无 大 规 模 处 理 和 有 效 利 用 废 气 的方 法 ‘ ， 因此 ， 开 发 在 中低 温 下 具 有 高透 氧性 能 的新 型 陶 瓷材料 ， 深 入 研 究 分解 的 电化 学机 理 ， 是 二一 项 十分 紧 迫 而 意 义 重 大 的工 作 等 【，，认 为 高温 下 ， 习 ， 一 。 产 生 了晶格氧 空位 ， 在 一 间容 易 吸 附 ‘，“ ， 等 研 究 了 氏 ，。 二 。 ， 。 一 系 列 材 料 的 显 微 结 构 及 对 的吸 附性 能 ， 发现 具 有 正 交 体 系 的钙 铁 矿 结构 的 街 另 叱 、 的 吸 附 能力 比 丙 。 一 。 快 倍 ， 而 立 方 体 系 的 街 。 ， 一 ‘ 则更 稳 定 本 文对 具 有 良好 吸 附能 力的 街 寸 城简称 体 系进 行 了 系列 研 究 ， 探 讨 适 合 的烧 成 制 度 ， 寻 求 具有 较 高 电导 率 的材 料 ， 为进 一 步 的 热 分解 研究做 准 备 收 稿 日期 一 一 修 回 日期 一 一 基 金项 目 国家 自然 科 学基金和 上 海 宝 钢集 团 公 司联合 资助 作 者 简介 陈超群 一 ， 男 ， 硕 士研 究生 实验 部 分 样 品 的 制备 过 程 实验 采 用 固相 反 应 法 合 成 单 相 钙 铁 矿 产 物 取 ， 飞 ， 。 及 仇 等 分 析 纯 原 料 ， 按 目标 生成 物 分 子式 中物 质 的量 比例 严 格 配 料 ， 将 其 在 玛瑙 研 钵 中研磨 使之 充 分 混 匀 ， 然 后 在 压 力下 将 粉 料压 制 成直 径 ， 厚度 约 的 圆片 ， 放 在 钥丝 炉 中加 热 ， 在 ℃ 保温 ， 然 后 分 别在 ， ， 等 不 同温 度 下 保 温 烧 成 初 坯 最 后 ， 将 初 坯 再 次破 碎 ， 研 磨成 粉 ， 在 等轴 压 力下 ， 压 制 成直 径 ， 厚度 为 的膜 片 ， 在 ℃ 下保 温 烧 成 样 品 密度 测 量 利 用 阿 基 米 德 法 对 最 后 制 成 的样 品进 行 密 度 测 量 ， 得 到 数 值 和 计 算 的理 论 密 度 值 比较 ， 测 量 值均 超 过 理 论值 的 物 相 分析 物 相 分析 是 在 北 京科 技 大 学 冶金 新 技 术研 究 中心 高温 物 理 化 学 实验 室 的 从 型 射 线衍 射 仪 上进 行 的 ， 实验 条件 为 辐 射 ， 靶 电极 电压 ， 扫 描 范 围为 一 ， 步 长 为 电导 测 量 采 用 直 流 四 电极 法 测 量 了试 样 的 电导 ， 图 为 电导 测 量 装 置 示 意 图 将 样 品两 面涂 上 铂浆 ， 放 在 两 个 铂 片 电极 中间 ， 用 刚玉 棒 和 弹 簧 夹紧 ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．06．014