LSM-YSZ 陶瓷透氧膜材料在含磷氣氛中的純氧分離性能及穩定性研究

韓 浩，孫 源，王春來，趙子旺，馬慢慢，姚明月

（國民核生化災害防護國家重點實驗室，北京 102205）

0 引言

氧氣是一種重要的原料，在醫療、電子、軍事、冶金及環保領域有著廣泛的用途[1-2]。而利用陶瓷透氧膜分離氧氣是一種新興的化學制氧技術，該技術主要基于氧離子傳導陶瓷材料在中高溫條件下（＞600 ℃）對氧離子具有選擇透過性的特點，能夠直接從空氣、煙氣或其他含氧氣體中分離氧氣[3]，且生成的氧氣純度較高（可達99.9%，理論上可獲得100%高純度氧氣）。同時，基于該技術的制氧裝置無運動部件，操作維護簡單，相對于傳統氧氣分離手段優勢明顯。因此，陶瓷透氧膜制氧技術具有廣泛的應用前景，特別適合于醫院供氧、野外生存供氧等小規模供氧環境。

陶瓷透氧膜材料制氧技術的原理如圖1 所示。在透氧膜兩側施加電壓，陰極側氧分子在膜表面形成氧離子并融入晶格，在電場驅動下氧離子通過透氧膜輸運到陽極側重新結合成氧分子，電子沿外電路反向而行，從而實現氧氣從低氧分壓側向高氧分壓側的連續傳輸[4]。

圖1 陶瓷透氧膜材料制氧技術的原理

常見的陶瓷透氧膜材料主要為鈣鈦礦結構過渡金屬氧化物，如La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ[5]、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ[6]等單相材料，Zr0.84Y0.16O1.92-La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ[7]、Ce0.8Gd0.2O2-δ-La0.8Sr0.2Fe0.8Co0.2O3-δ[8]等雙相材料以及Gd0.1Ce0.9O2-δ-La0.6Sr0.4FeO3-δ（GDC-LSF）[4]等雙相復合材料。但對于野外使用來說，作為原料氣的大氣中可能存在各種雜元素（如硫、磷、氟、氯、砷），而關于這些雜元素對陶瓷透氧膜分離氧氣效果的研究較少。目前僅有少量文獻研究了雜元素硫對陶瓷透氧……