中空纖維陶瓷透氧膜反應(yīng)器與甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)過程研究

【摘要】： 采用噴霧熱解法和基于Pechini法的溶膠低溫燃燒工藝制備了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)粉體以及催化劑SrTi0.9Li0.1O3(STL)粉體。通過X射線衍射,掃描電鏡,透射電鏡及激光粒度儀分別對材料的晶型、微觀形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及粒度分布進(jìn)行了觀察,并測定了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ粉體的電性能以及STL材料的甲烷氧化偶聯(lián)(OCM)催化性能。結(jié)果表明,噴霧熱分解法合成的LSCF粉體材料粒子呈球形,平均粒度3.13μm,粉體的粒度符合液滴粒子轉(zhuǎn)變機(jī)理,即1個產(chǎn)物粒子由1個液滴形成;超聲噴霧在900℃熱分解的產(chǎn)物能直接形成鈣鈦礦型晶相;在650℃時的電導(dǎo)率最大,為11.59 S cm-1。溶膠低溫燃燒法制備的STL粉體為片狀的結(jié)構(gòu)而且粒度分布比較寬;而通過在噴霧熱解前驅(qū)溶液中加入一定量的硝酸銨,可得平均粒徑為500nm且分布均勻的STL實(shí)心球形超細(xì)粉。噴霧熱解法制備的STL超細(xì)粉具有良好的OCM催化活性,其C2選擇性和C2收率遠(yuǎn)高于溶膠低溫燃燒法制備的STL粉體。 應(yīng)用干-濕相變技術(shù)制備了LSCF中空纖維陶瓷膜。掃描電鏡結(jié)果顯示,該陶瓷中空纖維膜具有多孔層和致密層組成的非對稱結(jié)構(gòu)。經(jīng)1300℃的5h燒結(jié)后,可得到致密的LSCF陶瓷中空纖維膜。燒結(jié)后,LSCF粒度變大而其鈣鈦礦型晶相結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。 用致密LSCF中空纖維陶瓷透氧膜組裝成甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)器,并對其催化性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明,在1198-1248K,膜反應(yīng)器可獲得較高的C2選擇率(93.5%),但是甲烷轉(zhuǎn)化率較低(20%),尾氣中卻含有大量的未反應(yīng)的氧氣。在膜中填充STL催化劑以消耗剩余的氧氣。其OCM催化性能測定表明,甲烷轉(zhuǎn)化率和透氧速率都有了比較明顯的提高,但是C2收率只在1048-1198K溫度范圍內(nèi)有所提高。填充STL的膜反應(yīng)器最大C2收率為14.5%在1198K,相應(yīng)的甲烷轉(zhuǎn)化率和C2選擇率分別為44.1%和32.9%;對比STL在膜反應(yīng)器模式和固定床模式下的催化測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),在相同的甲烷轉(zhuǎn)化率級別上,膜反應(yīng)器模式下的C2選擇率要比固定床高10%左右,C2收率也要高出3%-4%。 【關(guān)鍵詞】：噴霧熱解 甲烷氧化偶聯(lián) 膜反應(yīng)器 中空纖維 陶瓷膜
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TQ032
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 緒論8-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-22
• 1.1 混合導(dǎo)體陶瓷透氧膜10-17
• 1.1.1 鈣鈦礦陶瓷晶體結(jié)構(gòu)10-11
• 1.1.2 鈣鈦礦型高溫氧離子傳導(dǎo)原理11-12
• 1.1.3 鈣鈦礦型混合導(dǎo)體陶瓷材料12-14
• 1.1.4 陶瓷透氧材料的制備方法14-16
• 1.1.5 混合導(dǎo)體陶瓷透氧膜16
• 1.1.6 陶瓷膜透氧機(jī)理模型16-17
• 1.2 混合導(dǎo)體陶瓷透氧膜反應(yīng)器17-19
• 1.2.1 OCM 催化反應(yīng)機(jī)理18
• 1.2.2 陶瓷透氧膜反應(yīng)器OCM 研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 OCM 反應(yīng)催化劑19-20
• 1.4 研究思路和內(nèi)容20-22
• 第二章 La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)超細(xì)粉體合成22-30
• 2.1 前言22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-24
• 2.2.1 粉體的制備與表征23
• 2.2.2 粉體表征23
• 2.2.3 電導(dǎo)率測試23-24
• 2.3 結(jié)果與討論24-29
• 2.3.1 粒子的粒度與形貌24-25
• 2.3.2 粉體晶體結(jié)構(gòu)25-26
• 2.3.3 粉體的元素組成26-27
• 2.3.4 溶液濃度和添加劑與粉體粒度關(guān)系27-28
• 2.3.5 材料的導(dǎo)電性能28-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 第三章 La_(0.6)S_r(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)中空纖維膜制備30-36
• 3.1 前言30
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分30-32
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料30
• 3.2.2 LSCF 中空纖維膜的制備30-32
• 3.2.3 LSCF 中空纖維膜表征32
• 3.3 結(jié)果與討論32-35
• 3.3.1 LSCF 中空纖維膜的微觀形貌32-34
• 3.3.2 LSCF 中空纖維膜的XRD 分析34-35
• 3.4 小結(jié)35-36
• 第四章 SrTi_(0.9)Li_(0.1)O_3 超細(xì)粉制備及其催化性能研究36-46
• 4.1 前言36
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分36-39
• 4.2.1 粉體的制備36-38
• 4.2.2 粉體晶型、粒度及微觀結(jié)構(gòu)的表征38
• 4.2.3 催化性能評價38-39
• 4.3 結(jié)果與討論39-45
• 4.3.1 顆粒微觀形貌39-40
• 4.3.2 顆粒粒度分布40-41
• 4.3.3 X 射線衍射分析41-43
• 4.3.4 催化性能評價43-45
• 4.4 小結(jié)45-46
• 第五章 LSCF 膜反應(yīng)器中OCM 反應(yīng)過程研究46-54
• 5.1 前言46-47
• 5.2 反應(yīng)原理和計(jì)算47-48
• 5.3 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 5.3.1 LSCF 中空纖維膜處理48
• 5.3.2 LSCF 中空纖維膜反應(yīng)器設(shè)計(jì)與組裝48-49
• 5.3.3 LSCF 膜反應(yīng)器中OCM 反應(yīng)49
• 5.4 結(jié)果與討論49-53
• 5.5 小結(jié)53-54
• 第六章 結(jié)論54-56
• 6.1 制備工藝對粉體的粒度、微觀形貌以及性能的影響54
• 6.2 La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_0.8)O_(3-δ)陶瓷中空纖維膜的制備與表征54-55
• 6.3 La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)陶瓷膜反應(yīng)器中甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)55
• 6.4 未來工作55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻(xiàn)57-64
• 附錄:發(fā)表論文64

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