[科普中国]-离子传导陶瓷膜

离子传导陶瓷膜是由陶瓷材料制成的，既具有膜的分离性能又有混合（电子和离子）传导性能的陶瓷膜。如：在把天然气转化成合成气的生产过程中，陶瓷膜先把空气中的氧分离出来，然后把这些氧以离子状态氧化甲烷，完成合成气的生产。

简介能选择性渗透所选定气体的离子传导陶瓷膜，所述膜包括：

1、形成所述陶瓷膜物质的整体材料，气体离子可以透过该材料迁移；

2、所述整体材料有两个相对表面，该两表面上分别进行所述气体的解离和离子化作用，及所述气体离子释放电子并重组形成所述气体的分子的作用；

3、通过除去表面物质，产生增加面积的表面不规整性，从而增加被处理表面的总表面积，对至少所述两相对表面之一进行处理，以提高所述气体透过该陶瓷膜的渗透作用。1

使用意义采用离子传导陶瓷膜系统，可以使各种气体，例如氧，从空气或物料流中分离出。此类陶瓷膜在大大高于S00℃的温度，一般约600-1100℃范围内表现出离子传导性。使用该膜的关健问题是，气体透过该膜的输送速度，必须达到使所述分离法经济上有吸引力的程度。

例如，一般来说，分离氧所用的陶瓷膜材料，要混合入无论单相态或双相态都有氧离子传导作用和电子传导作用的导体。膜的氧传送总速度的驱动力，是穿越该膜所施加的不同氧分压。因为该膜密不透气，氧分子的直接通道被封闭。但是氧离子却可以选择性地穿过该膜，氧的解离作用和离子化作用出现在膜的阴极表面，此处的电子是从靠近表面的电子处获得的。该氧离子流由同时存在的电子电荷载体流得到电荷补偿。当氧离子到达膜的相对阳极表面时，个别离子释放其电子，并重组再次形成氧分子，这些氧分子于渗透流中释出。

渗透速度控制因素穿过无孔陶瓷膜的渗透速度由两个因素控制：

(1)膜里的固态离子传送速度；

(2)膜两侧的离子表面交换速度。

通过减小膜厚度，直到达到一个临界值，被分离的气体通量一般可以提高。在该临界值以上，该通量由离子表面交换动力学和固态离子传送速度二者控制.而该临界厚度以下，该氧通量主要由离子表面交换速度决定。因此，较薄的膜与较厚的膜相比，由于其较高的固态离子传送速度而更为理想.但是较薄之膜的较低离子表面交换速度(即对传送速度有较高表面阻力)，在总组分传送速度上变得更为重要。表面阻力起因于各种机理，包括在膜的两表面使被分离的分子转换成离子，或从离子转换为分子。1

常用材料目前常用的膜材料有钙钛矿和褐针镍矿，有望用于甲烷氧化耦联，二聚脱氢丙烯，甲烷和其他物质的整齐重整。

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学