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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)（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(shí)、耗能、耗勞動力，而且無法獲得具有準(zhǔn)確化學(xué)計(jì)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(jì)開發(fā)出經(jīng)濟(jì)、可靠和簡單的制備方法是實(shí)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(diǎn)擊查看介紹）團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)直接用廉價(jià)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(shí)間、降低50%左右的能耗，實(shí)現(xiàn)零排放，還能夠精確控制鈣鈦礦材料的化學(xué)計(jì)量比，優(yōu)化燒結(jié)過程（降低燒結(jié)溫度、減少燒結(jié)時(shí)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(shí)，氧滲透通量能夠達(dá)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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