中文摘要：

中高温氧离子电子传导膜是一类可能对能源生产和利用产生重大影响的新材料。燃煤和火力发电在可以预见的相当长的时期内仍是热能和电力生产的主要方式。纯氧燃烧的产物为高浓度的二氧化碳，易于收集和固定化，为减少和消除温室气体的排放提供了可能。与现有的低温蒸馏制氧技术相比，基于氧离子传导膜的高温制氧技术的成本低，将提高纯氧燃烧和气化循环发电等技术的经济可行性。合成气，即一氧化碳和氢气的混合体，是将天然气转化为优质液体燃料和纯氢的中间体。采用氧分离膜构建的反应器将氧分离和甲烷部分氧化反应集为一体，可望显著降低合成气的成本。现有的膜材料体系的氧离子传导率、化学和结构稳定性、力学强度尚不能同时满足要求。鉴此，本项目拟研究膜材料的输运性能和稳定性与晶体缺陷、表面结构和显微结构之间的关系,发展材料的制备和表征方法，评估和研究在氧分离器、反应器和燃料电池等装置条件下材料的性能，为建立和发展新能源技术提供材料支撑。

结论摘要：

氧离子电子传导陶瓷氧分离膜预期可降低纯氧制备成本30％以上，可望显著改进能源、化工、冶金等耗氧工业的经济性。本项目研究并获得了高稳定性氧分离膜材料体系。由氧化锆为氧离子导体和锰酸镧为电子导体构成的双相复合材料具有优异的化学和机械稳定性，所制成的中空纤维膜具有可观的氧渗透率，是迄今为止发现的综合性能最好的膜材料；氧化铈和铬酸镧复合材料在反应器条件下不仅具有可观的氧渗透率，而且具有很好的稳定性和机械强度；在锶钴铁复合金属氧化物氧分离膜中引入适量的钛，不仅显著改进了膜材料耐CO2的能力，而且没有导致透氧性能的明显下降。本项目研究了涉氧能源化工新工艺。提出并验证了O2／CO2助燃剂的膜法制备工艺，即将膜管的外壁与氧分压0.9大气压的（压缩）空气接触，在膜管内通入CO2携带走渗透的氧气，获得了氧分压大于0.3大气压的O2／CO2混合气，采用该助燃剂燃烧时排放纯CO2，便于捕获；提出并验证了煤气化－燃烧新工艺，即利用CO燃烧产生的高温CO2与煤炭发生反应，生成的CO注入透氧膜管，与透过的氧气燃烧，产生热量。本项目还研究了中空纤维膜的制备和透氧性能表征方法，为氧分离膜的工业应用提供了重要技术储备。