隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展,膜分離技術(shù)逐漸成為解決環(huán)境污染、能源短缺等重大社會問題的重要技術(shù)之一。近年來,由于鈣鈦礦(ABO3-δ)中空纖維(hollow fiber)膜獨特的優(yōu)點(如高裝填密度、快速傳質(zhì)等),該材料具有十分廣闊的應(yīng)用前景,可用于固態(tài)氧化物燃料電池、氣體(如O2、H2、CO2、NOx)分離和催化膜反應(yīng)器等諸多能源環(huán)境領(lǐng)域。傳統(tǒng)的制備方法不僅耗時、耗能、耗勞動力,而且無法獲得具有準(zhǔn)確化學(xué)計量比的鈣鈦礦中空纖維膜,直接導(dǎo)致性能偏低。因此,設(shè)計開發(fā)出經(jīng)濟、可靠和簡單的制備方法是實現(xiàn)鈣鈦礦中空纖維膜產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用面臨的巨大挑戰(zhàn)。
南京工業(yè)大學(xué)的金萬勤教授(點擊查看介紹)團隊設(shè)計開發(fā)的一步熱處理法制備鈣鈦礦中空纖維膜顛覆性地解決了上述問題。該團隊直接用廉價易得的原材料(如碳酸鋇、氧化鐵、氧化鈷等)經(jīng)過相轉(zhuǎn)化和熱處理過程來制備鈣鈦礦中空纖維膜,展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(圖1b)。與傳統(tǒng)方法相比,該方法能夠節(jié)約50%左右的時間、降低50%左右的能耗,實現(xiàn)零排放,還能夠精確控制鈣鈦礦材料的化學(xué)計量比,優(yōu)化燒結(jié)過程(降低燒結(jié)溫度、減少燒結(jié)時間)并獲得高性能鈣鈦礦中空纖維膜。值得注意的是,通過這種方法制備的鈣鈦礦中空纖維膜用于純氧制備過程時,氧滲透通量能夠達到12.5 mL?min?1?cm?2(900 ℃),超過了工業(yè)化應(yīng)用的理想值(10 mL?min?1?cm?2,950 ℃)。該方法不僅顛覆了傳統(tǒng)的制備觀念,而且非常有潛力將基于鈣鈦礦中空纖維膜的固態(tài)器件推向工業(yè)化應(yīng)用。
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