JP4990044B2 - 酸素分離膜、およびその製造方法 - Google Patents
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Description
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有するものであることを特徴としている。
請求項2の発明は、請求項1に記載の酸素分離膜であって、混合伝導体粉末が、一般式、
AxA'1−XByB'1−yO3−α
を有する複合酸化物よりなるものであることを特徴としている。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有する多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体と無機バインダーを皮膜形成または含浸させることを特徴としている。
請求項5の発明は、請求項4に記載の酸素分離膜の製造方法であって、多孔質セラミックス支持体上に、複合酸化物よりなる混合伝導体と、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを皮膜形成または含浸させた後、もしくは皮膜形成または含浸させる際に、多孔質セラミックス支持体側から吸引ポンプで200kPa〜10kPaの圧力で吸引し、粒子同士の密度を高めることを特徴としている。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有する多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体粉末を、皮膜形成または含浸させた後、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを分散させた分散液を用い、無機バインダーを、皮膜形成または含浸させることを特徴としている。
請求項7の発明は、請求項6に記載の酸素分離膜の製造方法であって、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末を分散させた分散液を用い、多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体粉末を、皮膜形成または含浸させた後、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを分散させた分散液を用い、無機バインダーを、皮膜形成または含浸させる際に、多孔質セラミックス支持体側から吸引ポンプで200kPa〜10kPaの圧力で吸引することを特徴としている。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有することを特徴としている。
上記式中、xは、0.6<x<1.0の範囲であり、y<0.5であり、αは、電気的中性を保つための数値である。
請求項1の発明によれば、上記多孔質セラミックス支持体上に、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)と、上記無機バインダーを組み合せることで、多孔質セラミックス支持体・酸素分離膜全体の緻密性・密着性が向上する。すなわち、上記無機バインダーは、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)や多孔質セラミックス支持体より焼結温度が低くされ、上記無機バインダーが、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)同士および、多孔質セラミックス支持体との緻密性および密着性が向上することで、熱膨張係数の違いおよび、多孔質セラミックス支持体自体の欠陥部や、多孔質セラミックス支持体への混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)の塗りむらに起因するクラックやピンホールを抑制することができる。
AxA'1−XByB'1−yO3−α
を有する複合酸化物よりなるものである。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有する多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体と無機バインダーを皮膜形成または含浸させることを特徴としている。
請求項4の発明によれば、上記無機バインダーが、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)同士および、上記多孔質セラミックス支持体との緻密性および密着性が向上することで、熱膨張係数の違いおよび、多孔質セラミックス支持体自体の欠陥部や、多孔質セラミックス支持体への混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)の塗りむらに起因するクラックやピンホールを抑制できる。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有する多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体粉末を、皮膜形成または含浸させた後、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを分散させた分散液を用い、無機バインダーを、皮膜形成または含浸させることを特徴としている。
請求項6の発明によれば、上記多孔質セラミックス支持体上に、複合酸化物よりなる混合伝導体と、上記無機バインダーの皮膜形成または含浸を、より一層確実に行なうことができるという効果を奏する。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有するものであることを特徴としている。
本発明の酸素分離膜によれば、上記多孔質セラミックス支持体(基材)、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)、および上記無機バインダーを用いて、ピンホール、およびクラックが無いか、もしくは非常に少なく、酸素分離機能を充分に具備するものである。
AxA'1−XByB'1−yO3−α
を有するものである。
本発明による酸素分離膜において、上記多孔質セラミックス支持体は、平均細孔径50μm〜3nm、および気孔率10〜50%を有するものであるのが、好ましい。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有する多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体と無機バインダーを皮膜形成または含浸させることを特徴としている。
本発明の酸素分離膜の製造方法において、多孔質セラミックス支持体上に、複合酸化物よりなる混合伝導体と、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを皮膜形成または含浸させた後、もしくは皮膜形成または含浸させる際に、多孔質セラミックス支持体側から吸引ポンプで200kPa〜10kPaの圧力で吸引し、粒子同士の密度を高めるのが、好ましい。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有する多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体粉末を、皮膜形成または含浸させた後、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを分散させた分散液を用い、無機バインダーを、皮膜形成または含浸させることを特徴としている。
これにより、上記多孔質セラミックス支持体上に、複合酸化物よりなる混合伝導体と、上記無機バインダーの皮膜形成または含浸を、より一層確実に行なうことができる。
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有するものであることを特徴としている。
上記式中、xは、0.6<x<1.0の範囲であり、y<0.5であり、αは、電気的中性を保つための数値である。
本発明によれば、上記多孔質セラミックス支持体上に、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)と、上記無機バインダーを組み合せることで、多孔質セラミックス支持体・酸素分離膜全体の緻密性・密着性が向上する。すなわち、上記無機バインダーは、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)や多孔質セラミックス支持体より焼結温度が低くされ、上記無機バインダーが、複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)同士および、多孔質セラミックス支持体との緻密性および密着性が向上することで、熱膨張係数の違いおよび、多孔質セラミックス支持体自体の欠陥部や、多孔質セラミックス支持体への混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)の塗りむらに起因するクラックやピンホールを抑制することができる。
本発明の方法により、多孔質セラミックス支持体上に、酸素イオンを伝導する複合酸化物よりなる混合伝導体粉末と、無機バインダーとからなる緻密層が形成されている酸素分離膜を製造した。
工程1:複合酸化物よりなる混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)(Ca0.8Sr0.2Ti0.7Fe0.3O3−α)と、無機バインダー(バインダーA:BaO・75%、SiO・25%)の所定量を、イソプロパノールに分散させ、混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)と無機バインダーの混合分散液を調製する。
調製方法2
工程1:上記実施例1と同じ混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)と、上記実施例1と同じ無機バインダーAを所定の量をイソプロパノールに分散させ、混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)と、無機バインダーAの混合分散液を調製する。
調製方法3
工程1:上記実施例1と同じ混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)の所定の量をイソプロパノールに分散させ、混合伝導体粉末(酸素分離膜材料)の分散液を調製する。
上記実施例1〜3の場合と同様にして、本発明による酸素分離膜を製造するが、上記実施例1〜3の場合と異なる点は、無機バインダーとして、バインダーB:SrO・25%、SiO・25%、CaO・15%、BaO・20%、Al2O3・15%を使用した点にある。
本発明の実施例1〜6による酸素分離膜の性能を評価するために、酸素透過試験を行なった。
本発明の実施例1〜6による酸素分離膜、および比較例の従来の酸素分離膜によるそれぞれの酸素透過試験の結果を図4に示した。
Claims (7)
- 多孔質セラミックス支持体上に、酸素イオンを伝導する複合酸化物よりなる混合伝導体粉末と、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーとを皮膜形成または含浸させた酸素分離膜であって、多孔質セラミックス支持体が、式、
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有するものであることを特徴とする、酸素分離膜。
上記式中、xは、0.6<x<1.0の範囲であり、y<0.5であり、αは、電気的中性を保つための数値である。 - 混合伝導体粉末が、一般式、
AxA'1−XByB'1−yO3−α
を有する複合酸化物よりなるものであることを特徴とする、請求項1に記載の酸素分離膜。
上記式中、0<xであり、y<0.5であり、αは、電気的中性を保つための数値であり、Aは、ランタノイド元素、Ca、Sr、およびBaよりなる群の中から選ばれた少なくとも1つの元素であり、A'は、上記Aで選択された元素を除く、ランタノイド元素、Ca、Sr、およびBaよりなる群の中から選ばれた少なくとも1つの元素であり、Bは、Ti、Zr、Ce、Nb、Ta、およびGaよりなる群の中から選ばれた少なくとも1つの元素であり、B'は、Fe、Co、Cr、およびYよりなる群の中から選ばれた少なくとも1つの元素である。 - 多孔質セラミックス支持体が、平均細孔径50μm〜3nm、および気孔率10〜50%を有するものであることを特徴とする、請求項1または2に記載の酸素分離膜。
- 複合酸化物よりなる混合伝導体粉末と、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーとを同一の溶液中に分散させた分散液を用い、式、
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有する多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体と無機バインダーを皮膜形成または含浸させることを特徴とする、酸素分離膜の製造方法。
上記式中、xは、0.6<x<1.0の範囲であり、y<0.5であり、αは、電気的中性を保つための数値である。 - 多孔質セラミックス支持体上に、複合酸化物よりなる混合伝導体と、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを皮膜形成または含浸させた後、もしくは皮膜形成または含浸させる際に、多孔質セラミックス支持体側から吸引ポンプで200kPa〜10kPaの圧力で吸引し、粒子同士の密度を高めることを特徴とする、請求項4に記載の酸素分離膜の製造方法。
- 複合酸化物よりなる混合伝導体粉末を分散させた分散液を用い、式、
BaCe 1−x Y y O 3−α
を有する多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体粉末を、皮膜形成または含浸させた後、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを分散させた分散液を用い、無機バインダーを、皮膜形成または含浸させることを特徴とする、酸素分離膜の製造方法。
上記式中、xは、0.6<x<1.0の範囲であり、y<0.5であり、αは、電気的中性を保つための数値である。 - 複合酸化物よりなる混合伝導体粉末を分散させた分散液を用い、多孔質セラミックス支持体上に、混合伝導体粉末を、皮膜形成または含浸させた後、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Si、Al、Co、Zn、Pb、Ce、Zr、Nd、およびSbよりなる群の中から選ばれた元素の酸化物の混合体よりなる無機バインダーを分散させた分散液を用い、無機バインダーを、皮膜形成または含浸させる際に、多孔質セラミックス支持体側から吸引ポンプで200kPa〜10kPaの圧力で吸引することを特徴とする、請求項6に記載の酸素分離膜の製造方法。
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