CN110128125A - 一种非对称膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非对称膜的制备方法，属于化学领域。本发明是将致密层钙钛矿、类钙钛矿型、以及金属氧化物材料前驱体粉末进行压制，然后再将另一种钙钛矿、类钙钛矿型以及金属氧化物材料或其前驱体粉末进通过压制或喷涂添加，最后将压制好的生坯以一定的烧结程序进行热处理得到非对称膜。本发明可缩减制备成本，简化制备工艺，并且大大提高了非对称膜的成膜几率。
Description
技术领域
本发明涉及膜及膜分离领域，具体涉及一种非对称膜的制备方法。
背景技术
非对称膜由于可以应对于不同的环境以及不同的应用而设计不同的材料以及材料构型，在能源，透氧，传感等领域得到了广泛的应用。但是非对称膜由于其两侧的材料组成成分不一样，从而两侧的膜材料的物理性能也有很大的区别，这就导致非对称膜在成膜的过程中由于收缩率不同的原因产生裂缝以及缺陷，成膜率较低。
发明内容
本发明是针对上述存在的技术问题提供一种非对称膜的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种非对称膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
S1：将至少包含一种金属前驱体的粉末a以及溶剂采用球磨机进行球磨，得到第一层膜原料；
S2：将至少包含一种金属前驱体的粉末b以及溶剂采用球磨机进行球磨，得到第二层膜原料；
S3：将第一层膜原料和第二层膜原料通过共压，喷涂，旋涂，浸渍提拉或塑性挤出的方法制备非对称膜生坯，将制备好的非对称膜生坯进行加热处理得到钙钛矿非对称自催化膜；
其中：粉末a和粉末b中包含的金属元素为部分相同或者完全不同。
本发明技术方案中：粉末a中包含元素为Sr、Fe、Ta、Ni和Al中一种或多种，粉末b中包含元素为Sr、Fe、Ta、Ni、Co、Ce和Sm中一种或多种。
本发明技术方案中：所述的金属前驱体的形式为金属氧化物或金属碳酸盐。
本发明技术方案中：所述的溶剂为有机溶剂或水；优选所述的溶剂为乙醇。
在一些具体的技术方案中，改进共压法制备SFT-SFTN钙钛矿非对称自催化膜；
(1)将SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO混合后加入活性炭以及溶剂，球磨混合后取浆液烘干过筛，得到Sr0.9Fe0.81Ta0.01Ni0.1O3-δ多孔层前驱体，即为SFTN粉体；
(2)SrCO3，Fe2O3和Ta2O5混合后加入溶剂，球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体烧制后过筛得到SrFe0.9Ta0.1O3-δ多孔层驱体，即为SFT粉体；
(3)在模具中加入一部分SFT粉体后静压，然后加入SFTN粉体静压，最后再加入剩余SFT粉体静压，即可得到生胚；
(4)将压制好的生胚进行热处理，得到SFT-SFTN非对称自催化膜；
优选：上述步骤(1)中：活性炭的加入量为SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO总质量的10～30％，所述的溶剂为乙醇；
优选：上述步骤(2)中烧制的条件是在1250℃的条件下煅烧8～12h，所述的溶剂为乙醇；
优选：上述步骤(3)中：粉体SFT和多孔层前驱体SFTN的质量比为1：1，前后两次加入SFT粉体质量相同；
优选：上述步骤(4)中：热处理的条件是在1250℃下煅烧8～12h，升温速率为1～2℃/min，烧结后降温速率为1～2℃/min。
在一些具体的技术方案中，喷涂法制备SrFe0.9Ta0.1O3-δ-Sr0.9Fe0.81Ta0.01Ni0.1O3-δ钙钛矿非对称膜；
(1)SrCO3，Fe2O3和Ta2O5混合后加入溶剂，球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体烧制后过筛得到SrFe0.9Ta0.1O3-δ多孔层驱体，即为SFT粉体；
(2)将摩尔比为9：8.1：0.9：10的SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO的混合物与乙醇混合，得到SFTN前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入SFT粉体静压，取出，得到SFT生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将SFTN前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的SFT生坯上，干燥后在1250℃下煅烧8～12h烧制得到SFT-SFTN非对称膜成膜；
其中：步骤(1)中烧制的条件是在1250℃的条件下煅烧8～12h，所述的溶剂为乙醇；
步骤(2)中SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO总质量与乙醇的质量比为1:0.1～1；
步骤(3)中SFT粉体与SFTN前驱体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15mL。
在一些具体的技术方案中，通过旋涂法制备SFT-SFTN钙钛矿非对称膜；
(1)将摩尔比为1：0.45：0.05的SrCO3，Fe2O3和Ta2O5的金属前驱体粉末球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体在1250℃下煅烧8～12h后过筛得到SFT粉体；
(2)将摩尔比为9：8.1：0.9：10的SrCO3，Fe2O3，Ta2O5、NiO与乙醇混合，得到SFTN前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入SFT粉体后200Mpa静压1分钟，取出，得到SFT钙钛矿生坯；以10r/min的转速下在SFT钙钛矿生坯表面旋涂SFTN前驱体乙醇分散液20mL，干燥后在1250℃下煅烧8～12h得到SFT-SFTN非对称膜成膜；
优选：步骤(2)中SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO的总质量与乙醇的质量比为1：0.1～1；
优选：步骤(3)中SFT粉体和SFTN前驱体乙醇分散液的质量体积为为0.3g：5～15mL。
在一些具体的技术方案中，该对称膜通过如下方法制备得到：
支撑体是多孔层Al2O3，膜层是类钙钛矿型SrCo0.5FeOy(SCF2)，共压法制备Al2O3-SCF2非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭以及乙醇混合后进行球磨，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1：1：0.5的SrCO3，Fe2O3和Co2O3球磨混合后取浆液烘干过筛后得到SCF2前驱体粉体；
(3)在模具中加入一部分SCF2前驱体粉体后100～300Mpa静压10秒，然后加入Al2O3多孔层粉体100～300Mpa静压10秒，最后加入剩余部分SCF2前驱体粉体100～300Mpa静压1分钟；静压后得到生胚；
(4)将压制好的生胚在在1250℃下煅烧8～12h，得到Al2O3-SCF2非对称自催化膜。
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～4：1；
优选：上述步骤(3)中：SCF2前驱体粉体和Al2O3粉体的质量比为1：1，前后两次加入SCF2粉体的质量相同。
在一些具体的技术方案中，该对称膜通过如下方法制备得到：
喷涂法制备Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1：1：0.5的SrCO3，Fe2O3，Co2O3与乙醇球磨混合得到SCF2前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入Al2O3多孔层粉体后100～300Mpa静压1分钟，取出，得到Al2O3生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将SCF2前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的Al2O3生坯上，干燥后在1250℃下煅烧8～12h得到Al2O3-SCF2非对称膜成膜。
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～5：1；
优选：步骤(2)中SrCO3，Fe2O3和Co2O3的总质量与乙醇的质量比1：0.1～1；
优选：上述步骤(3)中：Al2O3多孔层粉体与SCF2前驱体粉体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15mL。
在一些具体的技术方案中，该对称膜通过如下方法制备得到：
通过旋涂法制备Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1:0.5的SrCO3，Fe2O3，Co2O3与乙醇混合后球磨得到SCF2前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6g Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在Al2O3多孔层生坯表面旋涂SCF2前驱体乙醇分散液20mL，干燥后在1593K下烧结得到Al2O3-SCF2非对称膜成膜。
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～5：1；
优选：步骤(2)中SrCO3，Fe2O3和Co2O3的总质量与乙醇的质量比为1:0.1～1；
优选：上述步骤(3)中：Al2O3多孔层粉体与CF2前驱体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15mL。
在一些具体的技术方案中，该对称膜通过如下方法制备得到：
支撑体是多孔层Al2O3，膜层是萤石型Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)，共压法制备Al2O3-SDC非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3前驱体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2和SmO2球磨混合后取浆液烘干过300目筛，将筛后粉体1420℃下烧制10小时候过筛得到SDC粉体；
(3)在模具中加入一部分SDC粉体后200Mpa静压10秒，然后加入Al2O3前驱体粉体200Mpa静压10秒，再加入剩余部分的SDC粉体200Mpa静压1分钟；
(4)将压制好的生胚在1420℃下烧制10小时，升温速率2℃/min，降温速率2℃/min，得到Al2O3-SDC非对称自催化膜；
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～5：1；
优选：上述步骤(3)中：SDC粉体和Al2O3前驱体的质量比为1：1，前后两次加入SDC粉体的质量相同。
在一些具体的技术方案中，该对称膜通过如下方法制备得到：
喷涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜。
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2，SmO2与乙醇混合后球磨得到SDC前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出，得到Al2O3生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将SDC前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的Al2O3生坯上，干燥后1420℃下烧制10小时得到Al2O3-SDC非对称膜成膜；
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～5：1；
优选：步骤(2)中CeO2和SmO2的总质量与乙醇的质量比为1:0.1～1；
优选：步骤(3)中Al2O3多孔层粉体与SDC前驱体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15。
在一些具体的技术方案中，该对称膜通过如下方法制备得到：
通过旋涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2，SmO2与0.2L乙醇球磨混合得到SDC前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6g Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在Al2O3多孔层生坯表面旋涂SDC前驱体乙醇分散液20mL，干燥后，以2K/min升温速率升至1420℃下烧结10h后得到Al2O3-SDC非对称膜成膜；
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～4：1；
优选：步骤(2)中CeO2和SmO2的总质量与乙醇的质量比为1:0.1～1；
优选：步骤(3)中Al2O3多孔层粉体与SDC前驱体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15mL。
本发明技术方案中：δ是氧晶格缺陷数
本发明的有益效果：
本发明将固相反应以及烧结过程这两个热处理过程整合在一个步骤中完成，缩减了制备成本，简化制备工艺，通过将烧结过程中的原料替换为原料前驱体，在更小的粒径层次上进行配合烧结过程，分散了烧结过程中的热应力，大大提高了非对称膜的成膜几率。
附图说明
图1实施例1通过共压法制备的SFT-SFTN非对称膜断面。
图2实施例1通过共压法制备的SFTN-SFT非对称膜多孔层放大500倍断面。
图3实施例1通过共压法制备的SFT-SFTN非对称膜多孔层与致密层交界断面。
图4实施例1通过共压法制备的SFT-SFTN非对称膜致密层放大10K倍断面。
图5实施例5通过喷涂法制备的Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜断面。
图6实施例8通过喷涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜断面。
图7实施例9通过旋涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜断面。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
改进共压法制备SFT-SFTN钙钛矿非对称自催化膜
(1)将SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO混合后加入活性炭以及乙醇，球磨混合后取浆液烘干过筛，得到Sr0.9Fe0.81Ta0.01Ni0.1O3-δ多孔层前驱体，即为SFTN粉体前驱体；
(2)SrCO3，Fe2O3和Ta2O5混合后加入乙醇，球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体烧制后过筛得到SrFe0.9Ta0.1O3-δ多孔层驱体，即为SFT粉体；
(3)在模具中加入一部分SFT粉体后静压，然后加入SFTN粉体前驱体静压，最后再加入剩余SFT粉体静压，即可得到生胚；
(4)将压制好的生胚进行热处理，得到SFT-SFTN非对称自催化膜；
上述步骤(1)中：活性炭的加入量为SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO总质量的10％。
上述步骤(2)中烧制的条件是在1250℃的条件下煅烧10h。
上述步骤(3)中：粉体SFT和多孔层前驱体SFTN的质量比为1：1，前后两次加入SFT粉体质量相同。
上述步骤(4)中：热处理的条件是在1250℃下煅烧10h，升温速率为2℃/min，烧结后降温速率为2℃/min。
传统共压法制备SFT-SFTN钙钛矿非对称自催化膜
(1)将SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO混合后加入以及乙醇，球磨混合后取浆液烘干过筛，1250℃下煅烧10h，得到Sr0.9Fe0.81Ta0.01Ni0.1O3-δ，即为SFTN粉体；
(2)将SFTN粉体与活性炭以一定比例混合得到多孔层SFTN原料。
(2)SrCO3，Fe2O3和Ta2O5混合后加入乙醇，球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体烧制后过筛得到SrFe0.9Ta0.1O3-δ多孔层驱体，即为SFT粉体；
(3)在模具中加入一部分SFT粉体后静压，然后加入SFTN粉体静压，最后再加入剩余SFT粉体静压，即可得到生胚；
(4)将压制好的生胚进行热处理，得到SFT-SFTN非对称自催化膜；
上述步骤(1)中：活性炭的加入量为SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO总质量的10％。
上述步骤(2)中烧制的条件是在1250℃的条件下煅烧10h。
上述步骤(3)中：粉体SFT和多孔层SFTN的质量比为1：1，前后两次加入SFT粉体质量相同。
上述步骤(4)中：热处理的条件是在1250℃下煅烧10h，升温速率为2℃/min，烧结后降温速率为2℃/min。
性能测试：
通过传统共压方法与改进共压方法分别制备20个SFT-SFTN非对称膜生坯，同样在1250℃下烧结10h，升温以及降温速率都是2℃/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为5％以及100％。
实施例2
改进喷涂法制备SrFe0.9Ta0.1O3-δ-Sr0.9Fe0.81Ta0.09Ni0.1O3-δ钙钛矿非对称膜；
(1)SrCO3，Fe2O3和Ta2O5混合后加入乙醇，球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体烧制后过筛得到SrFe0.9Ta0.1O3-δ，即为SFT粉体；
(2)将摩尔比为9：8.1:0.9:10的SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO的混合物与乙醇混合，得到SFTN前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6gSFT粉体静压，取出，得到SFT生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将20mLSFTN前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的SFT生坯上，干燥后在1250℃下煅烧8～12h烧制得到SFT-SFTN非对称膜成膜；
其中：步骤(1)中烧制的条件是在1250℃的条件下煅烧10h。
步骤(2)中SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO总质量与乙醇的质量比为1:0.2。
传统喷涂法制备SrFe0.9Ta0.1O3-δ-Sr0.9Fe0.81Ta0.09Ni0.1O3-δ钙钛矿非对称膜；
(1)将SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO混合后加入以及乙醇，球磨混合后取浆液烘干过筛，1250℃下煅烧10h，得到Sr0.9Fe0.81Ta0.01Ni0.1O3-δ，即为SFTN粉体；
(2)SrCO3，Fe2O3和Ta2O5混合后加入乙醇，球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体烧制后过筛得到SrFe0.9Ta0.1O3-δ，即为SFT粉体；
(2)将制备好的Sr0.9Fe0.81Ta0.09Ni0.1O3-δ与乙醇混合，得到SFTN乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6gSFT粉体静压，取出，得到SFT生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将20mLSFTN乙醇分散液均匀喷涂在压制好的SFT生坯上，干燥后在1250℃下煅烧8～12h烧制得到SFT-SFTN非对称膜成膜；
其中：步骤(1)中烧制的条件是在1250℃的条件下煅烧10h。
步骤(2)中Sr0.9Fe0.81Ta0.09Ni0.1O3-δ质量与乙醇的质量比为1:0.2。
性能测试：
通过传统喷涂法以及改进喷涂法分别制备20个SFT-SFTN非对称膜生坯，同样在1250℃下烧结10h，升温以及降温速率都是2℃/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为15％以及100％。
实施例3
通过改进旋涂法制备SFT-SFTN钙钛矿非对称膜；
(1)将摩尔比为1：0.45：0.05的SrCO3，Fe2O3和Ta2O55的金属前驱体粉末球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体在1250℃下煅烧8～12h后过筛得到SFT粉体；
(2)将摩尔比为9：8.1：0.9：10的SrCO3，Fe2O3，Ta2O5、NiO与乙醇混合，得到SFTN前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6gSFT粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在SFT钙钛矿生坯表面旋涂SFTN前驱体乙醇分散液20mL，干燥后在1250℃下煅烧10h得到SFT-SFTN非对称膜成膜；
其中：SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO的总质量与乙醇以1：0.2；
通过传统旋涂法制备SFT-SFTN钙钛矿非对称膜；
(1)将SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO混合后加入以及乙醇，球磨混合后取浆液烘干过筛，1250℃下煅烧10h，得到Sr0.9Fe0.81Ta0.01Ni0.1O3-δ，即为SFTN粉体；
(2)将摩尔比为1：0.45：0.05的SrCO3，Fe2O3和Ta2O55的金属前驱体粉末球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体在1250℃下煅烧8～12h后过筛得到SFT粉体；
(2)将制备好的Sr0.9Fe0.81Ta0.09Ni0.1O3-δ与乙醇混合，得到SFTN乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6gSFT粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在SFT钙钛矿生坯表面旋涂SFTN乙醇分散液20mL，干燥后在1250℃下煅烧10h得到SFT-SFTN非对称膜成膜；
其中：Sr0.9Fe0.81Ta0.09Ni0.1O3-δ质量与乙醇以1：0.2；
性能测试：
通过传统旋涂法以及改进旋涂法分别制备20个SFT-SFTN非对称膜生坯，同样在1250℃下烧结10h，升温以及降温速率都是2℃/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为15％以及100％。
实施例4
支撑体是多孔层Al2O3，膜层是类钙钛矿型SrCo0.5FeOy(SCF2)，改进共压法制备Al2O3-SCF2非对称膜。
(1)将Al2O3与活性炭以及乙醇球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1:0.5的SrCO3，Fe2O3和Co2O3球磨混合后取浆液烘干过筛后得到SCF2前驱体粉体；
(3)在模具中加入0.6gSCF2前驱体粉体后100～300Mpa静压10秒，然后加入1.2gAl2O3多孔层粉体100～300Mpa静压10秒，最后加入0.6gSCF2前驱体粉体100～300Mpa静压1分钟；静压后得到生胚；
(4)将压制好的生胚在1250℃下煅烧10h，得到Al2O3-SCF2非对称自催化膜。
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3：1；
支撑体是多孔层Al2O3，膜层是类钙钛矿型SrCo0.5FeOy(SCF2)，传统共压法制备Al2O3-SCF2非对称膜。
(1)将Al2O3与活性炭以及乙醇球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1:0.5的SrCO3，Fe2O3和Co2O3球磨混合后取浆液烘干过筛后在1250℃下烧结10h得到SCF2粉体；
(3)在模具中加入0.6gSCF2粉体后100～300Mpa静压10秒，然后加入1.2gAl2O3多孔层粉体100～300Mpa静压10秒，最后加入0.6gSCF2粉体100～300Mpa静压1分钟；静压后得到生胚；
(4)将压制好的生胚在在1250℃下煅烧10h，得到Al2O3-SCF2非对称自催化膜。
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3：1；
性能测试：
通过传统共压方法与改进共压方法分别制备20个Al2O3-SCF2非对称膜生坯，同样在1250℃下烧结10h，升温以及降温速率都是2℃/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为5％以及100％。
实施例5
改进喷涂法制备Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体。
(2)将摩尔比为1:1:0.5的SrCO3，Fe2O3，Co2O3与乙醇球磨混合得到SCF2前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6gAl2O3多孔层粉体后100～300Mpa静压1分钟，取出，得到Al2O3生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将20mLSCF2前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的Al2O3生坯上，干燥后在1250℃下煅烧8～12h得到Al2O3-SCF2非对称膜成膜。
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
步骤(2)中SrCO3，Fe2O3和Co2O3的总质量与乙醇的质量比1：0.2；传统喷涂法制备Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体。
(2)将摩尔比为1:1:0.5的SrCO3，Fe2O3和Co2O3球磨混合后取浆液烘干过筛后在1250℃下烧结10h得到SCF2粉体；
(3)将制备好的SCF2与乙醇球磨混合得到SCF2乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6gAl2O3多孔层粉体后100～300Mpa静压1分钟，取出，得到Al2O3生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将20mLSCF2乙醇分散液均匀喷涂在压制好的Al2O3生坯上，干燥后在1250℃下煅烧8～12h得到Al2O3-SCF2非对称膜成膜。
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
步骤(2)中SCF2质量与乙醇的质量比1：0.2；
性能测试：
通过传统喷涂法以及改进喷涂法分别制备20个Al2O3-SCF2非对称膜生坯，同样在1250℃下烧结8～12h，升温以及降温速率都是2℃/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为15％以及100％。
实施例6
通过传统旋涂法制备Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1:0.5的SrCO3，Fe2O3，Co2O3与乙醇混合后球磨得到SCF2前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6g Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在Al2O3多孔层生坯表面旋涂SCF2前驱体乙醇分散液20mL，干燥后在1593K下烧结10h得到Al2O3-SCF2非对称膜成膜。
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
步骤(2)中SrCO3，Fe2O3和Co2O3的总质量与乙醇的质量比为1：0.13；
通过改进旋涂法制备Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1:0.5的SrCO3，Fe2O3和Co2O3球磨混合后取浆液烘干过筛后在1250℃下烧结10h得到SCF2粉体；
(3)将制备好的SCF2与乙醇混合后球磨得到SCF2乙醇分散液；
(4)在模具中加入0.6g Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在Al2O3多孔层生坯表面旋涂SCF2乙醇分散液20mL，干燥后在1320℃下烧结10h得到Al2O3-SCF2非对称膜成膜。
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
步骤(2)中SCF2质量与乙醇的质量比为1：0.13；
性能测试：
通过传统旋涂法以及改进旋涂法分别制备20个Al2O3-SCF2非对称膜生坯，同样在1320℃下烧结10h，升温以及降温速率都是2K/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为15％以及100％。
实施例7
支撑体是多孔层Al2O3，膜层是萤石型Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)，改进共压法制备Al2O3-SDC非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3前驱体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2和SmO2球磨混合后取浆液烘干过300目筛得到SDC粉体前驱体；
(3)在模具中加入0.6gSDC粉体前驱体后200Mpa静压10秒，然后加入1.2g Al2O3前驱体粉体200Mpa静压10秒，再加入0.6g SDC粉体前驱体200Mpa静压1分钟；
(4)将压制好的生胚在1420℃下烧制10小时，升温速率2℃/min，降温速率2℃/min，得到Al2O3-SDC非对称自催化膜；
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
支撑体是多孔层Al2O3，膜层是萤石型Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)，传统共压法制备Al2O3-SDC非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3前驱体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2和SmO2球磨混合后取浆液烘干过300目筛，将筛后粉体1420℃下烧制10小时候过筛得到SDC粉体；
(3)在模具中加入0.6gSDC粉体后200Mpa静压10秒，然后加入1.2g Al2O3前驱体粉体200Mpa静压10秒，再加入0.6g SDC粉体200Mpa静压1分钟；
(4)将压制好的生胚在1420℃下烧制10小时，升温速率2℃/min，降温速率2℃/min，得到Al2O3-SDC非对称自催化膜；
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
性能测试：
通过传统共压方法与改进共压方法分别制备20个Al2O3-SCF2非对称膜生坯，同样在1420℃下烧结10h，升温以及降温速率都是2℃/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为5％以及100％。
实施例8
改进喷涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜。
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2，SmO2以质量比为2:1与乙醇混合后球磨得到SDC前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出，得到Al2O3生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将20mLSDC前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的Al2O3生坯上，干燥后1420℃下烧制10小时得到Al2O3-SDC非对称膜成膜；
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
步骤(2)中CeO2和SmO2的总质量与乙醇的质量比为1:0.2。
传统喷涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜。
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2和SmO2球磨混合后取浆液烘干过300目筛，将筛后粉体1420℃下烧制10小时候过筛得到SDC粉体；
(3)将制备好的SDC粉体以质量比为2:1与乙醇混合后球磨得到SDC乙醇分散液；
(4)在模具中加入0.6Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出，得到Al2O3生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将20mLSDC乙醇分散液均匀喷涂在压制好的Al2O3生坯上，干燥后1420℃下烧制10小时得到Al2O3-SDC非对称膜成膜；
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
步骤(2)中SDC质量与乙醇的质量比为1:0.2。
性能测试：
通过传统喷涂法以及改进喷涂法分别制备20个Al2O3-SDC非对称膜生坯，同样在1420℃下烧结10h，升温以及降温速率都是2℃/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为15％以及100％。
实施例9
通过改进旋涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2，SmO2与乙醇球磨混合得到SDC前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6g Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在Al2O3多孔层生坯表面旋涂SDC前驱体乙醇分散液20mL，干燥后在1420℃下烧结10h得到Al2O3-SDC非对称膜成膜。
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
优选：CeO2和SmO2的总质量与乙醇的质量比为1:0.13。
通过传统旋涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2和SmO2球磨混合后取浆液烘干过300目筛，将筛后粉体1420℃下烧制10小时候过筛得到SDC粉体；
(3)将制备好的SDC与乙醇球磨混合得到SDC乙醇分散液；
(4)在模具中加入0.6g Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在Al2O3多孔层生坯表面旋涂SDC乙醇分散液20mL，干燥后在1420℃下烧结10h得到Al2O3-SDC非对称膜成膜。
步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为4：1；
优选：SDC质量与乙醇的质量比为1:0.13。
性能测试：
通过传统旋涂法以及改进旋涂法分别制备20个Al2O3-SDC非对称膜生坯，同样在1693K下烧结10h，升温以及降温速率都是2K/min。最后得到完整，不弯曲，无缺陷的膜认为是成膜，将成膜数量除以20得到成膜率分别为15％以及100％。
Claims (13)
1.一种非对称膜的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1：将至少包含一种金属前驱体的粉末a以及溶剂采用球磨机进行球磨，得到第一层膜原料；
S2：将至少包含一种金属前驱体的粉末b以及溶剂采用球磨机进行球磨，得到第二层膜原料；
S3：将第一层膜原料和第二层膜原料通过共压，喷涂，旋涂，浸渍提拉或塑性挤出的方法制备非对称膜生坯，将制备好的非对称膜生坯进行加热处理得到钙钛矿非对称自催化膜；
其中：粉末a和粉末b中包含的金属元素为部分相同或者完全不同。
2.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：粉末a中包含元素为Sr、Fe、Ta、Ni和Al中一种或多种，粉末b中包含元素为Sr、Fe、Ta、Ni、Co、Ce和Sm中一种或多种。
3.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：所述的金属前驱体的形式为金属氧化物或金属碳酸盐。
4.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为有机溶剂或水；优选所述的溶剂为乙醇。
5.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
改进共压法制备SFT-SFTN钙钛矿非对称自催化膜；
(1)将SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO混合后加入活性炭以及溶剂，球磨混合后取浆液烘干过筛，得到Sr0.9Fe0.81Ta0.01Ni0.1O3-δ多孔层前驱体，即为SFTN粉体；
(2)SrCO3，Fe2O3和Ta2O5混合后加入溶剂，球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体烧制后过筛得到SrFe0.9Ta0.1O3-δ多孔层驱体，即为SFT粉体；
(3)在模具中加入一部分SFT粉体后静压，然后加入SFTN粉体静压，最后再加入剩余SFT粉体静压，即可得到生胚；
(4)将压制好的生胚进行热处理，得到SFT-SFTN非对称自催化膜；
优选：上述步骤(1)中：活性炭的加入量为SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO总质量的10～30％，所述的溶剂为乙醇；
优选：上述步骤(2)中烧制的条件是在1250℃的条件下煅烧8～12h，所述的溶剂为乙醇；
优选：上述步骤(3)中：粉体SFT和多孔层前驱体SFTN的质量比为1：1，前后两次加入SFT粉体质量相同；
优选：上述步骤(4)中：热处理的条件是在1250℃下煅烧8～12h，升温速率为1～2℃/min，烧结后降温速率为1～2℃/min。
6.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
喷涂法制备SrFe0.9Ta0.1O3-δ-Sr0.9Fe0.81Ta0.01Ni0.1O3-δ钙钛矿非对称膜；
(1)SrCO3，Fe2O3和Ta2O5混合后加入溶剂，球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体烧制后过筛得到SrFe0.9Ta0.1O3-δ多孔层驱体，即为SFT粉体；
(2)将摩尔比为9：8.1：0.9：10的SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO的混合物与乙醇混合，得到SFTN前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入SFT粉体静压，取出，得到SFT生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将SFTN前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的SFT生坯上，干燥后在1250℃下煅烧8～12h烧制得到SFT-SFTN非对称膜成膜；
其中：步骤(1)中烧制的条件是在1250℃的条件下煅烧8～12h，所述的溶剂为乙醇；
步骤(2)中SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO总质量与乙醇的质量比为1:0.1～1；
步骤(3)中SFT粉体与SFTN前驱体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15mL。
7.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
通过旋涂法制备SFT-SFTN钙钛矿非对称膜；
(1)将摩尔比为1：0.45：0.05的SrCO3，Fe2O3和Ta2O5的金属前驱体粉末球磨混合后取浆液烘干过筛，将筛后粉体在1250℃下煅烧8～12h后过筛得到SFT粉体；
(2)将摩尔比为9：8.1：0.9：10的SrCO3，Fe2O3，Ta2O5、NiO与乙醇混合，得到SFTN前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入SFT粉体后200Mpa静压1分钟，取出，得到SFT钙钛矿生坯；以10r/min的转速下在SFT钙钛矿生坯表面旋涂SFTN前驱体乙醇分散液20mL，干燥后在1250℃下煅烧8～12h得到SFT-SFTN非对称膜成膜；
优选：步骤(2)中SrCO3，Fe2O3，Ta2O5和NiO的总质量与乙醇的质量比为1：0.1～1；
优选：步骤(3)中SFT粉体和SFTN前驱体乙醇分散液的质量体积为为0.3g：5～15mL。
8.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
支撑体是多孔层Al2O3，膜层是类钙钛矿型SrCo0.5FeOy(SCF2)，共压法制备Al2O3-SCF2非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭以及乙醇混合后进行球磨，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1：1：0.5的SrCO3，Fe2O3和Co2O3球磨混合后取浆液烘干过筛后得到SCF2前驱体粉体；
(3)在模具中加入一部分SCF2前驱体粉体后100～300Mpa静压10秒，然后加入Al2O3多孔层粉体100～300Mpa静压10秒，最后加入剩余部分SCF2前驱体粉体100～300Mpa静压1分钟；静压后得到生胚；
(4)将压制好的生胚在在1250℃下煅烧8～12h，得到Al2O3-SCF2非对称自催化膜。
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～4：1；
优选：上述步骤(3)中：SCF2前驱体粉体和Al2O3粉体的质量比为1：1，前后两次加入SCF2粉体的质量相同。
9.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
喷涂法制备Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1：1：0.5的SrCO3，Fe2O3，Co2O3与乙醇球磨混合得到SCF2前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入Al2O3多孔层粉体后100～300Mpa静压1分钟，取出，得到Al2O3生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将SCF2前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的Al2O3生坯上，干燥后在1250℃下煅烧8～12h得到Al2O3-SCF2非对称膜成膜。
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～5：1；
优选：步骤(2)中SrCO3，Fe2O3和Co2O3的总质量与乙醇的质量比1：0.1～1；
优选：上述步骤(3)中：Al2O3多孔层粉体与SCF2前驱体粉体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15mL。
10.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
通过旋涂法制备Al2O3-SCF2类钙钛矿型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1:0.5的SrCO3，Fe2O3，Co2O3与乙醇混合后球磨得到SCF2前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在Al2O3多孔层生坯表面旋涂SCF2前驱体乙醇分散液，干燥后在1593K下烧结得到Al2O3-SCF2非对称膜成膜。
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～5：1；
优选：步骤(2)中SrCO3，Fe2O3和Co2O3的总质量与乙醇的质量比为1:0.1～1；
优选：上述步骤(3)中：Al2O3多孔层粉体与CF2前驱体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15mL。
11.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
支撑体是多孔层Al2O3，膜层是萤石型Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)，共压法制备Al2O3-SDC非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3前驱体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2和SmO2球磨混合后取浆液烘干过300目筛，将筛后粉体1420℃下烧制10小时候过筛得到SDC粉体；
(3)在模具中加入一部分SDC粉体后200Mpa静压10秒，然后加入Al2O3前驱体粉体200Mpa静压10秒，再加入剩余部分的SDC粉体200Mpa静压1分钟；
(4)将压制好的生胚在1420℃下烧制10小时，升温速率2℃/min，降温速率2℃/min，得到Al2O3-SDC非对称自催化膜；
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～5：1；
优选：上述步骤(3)中：SDC粉体和Al2O3前驱体的质量比为1：1，前后两次加入SDC粉体的质量相同。
12.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
喷涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜。
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2，SmO2与乙醇混合后球磨得到SDC前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出，得到Al2O3生坯；以0.1Mpa的压力在喷枪上游将SDC前驱体乙醇分散液均匀喷涂在压制好的Al2O3生坯上，干燥后1420℃下烧制10小时得到Al2O3-SDC非对称膜成膜；
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～5：1；
优选：步骤(2)中CeO2和SmO2的总质量与乙醇的质量比为1:0.1～1；
优选：步骤(3)中Al2O3多孔层粉体与SDC前驱体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15。
13.根据权利要求1所述的非对称膜的制备方法，其特征在于：该对称膜通过如下方法制备得到：
通过旋涂法制备Al2O3-SDC萤石型非对称膜；
(1)将Al2O3与活性炭球磨混合，球磨混合后取浆液烘干过筛得到Al2O3多孔层粉体；
(2)将摩尔比为1:1的CeO2，SmO2与0.2L乙醇球磨混合得到SDC前驱体乙醇分散液；
(3)在模具中加入0.6g Al2O3多孔层粉体后200Mpa静压1分钟，取出；以10r/min的转速下在Al2O3多孔层生坯表面旋涂SDC前驱体乙醇分散液20mL，干燥后，以2K/min升温速率升至1420℃下烧结10h后得到Al2O3-SDC非对称膜成膜；
优选：步骤(1)中氧化铝和活性炭的质量比为3～4：1；
优选：步骤(2)中CeO2和SmO2的总质量与乙醇的质量比为1:0.1～1；
优选：步骤(3)中Al2O3多孔层粉体与SDC前驱体乙醇分散液的质量体积比为0.3g：5～15mL。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190816 |
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