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High oxygen permeable and CO2-tolerant SrCoxFe0.9-xNb0.1O3-δ (x = 0.1–0.8) perovskite membranes: Behavior and mechanism

透氧性 氧气 钙钛矿(结构) 价(化学) 磁导率 化学工程 渗透 电负性 X射线光电子能谱 材料科学 无机化学 化学 分析化学(期刊) 结晶学 色谱法 有机化学 生物化学 工程类
作者
Zhigang Wang,Nikita Dewangan,Sonali Das,Ming Hui Wai,Sibudjing Kawi
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:201: 30-40 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2018.02.046
摘要

The oxygen permeability and the CO2 tolerance of SrCoxFe0.9-xNb0.1O3-δ (x = 0.1–0.8) perovskite membranes were investigated by varying the composition of cobalt and iron in B-site of perovskite oxides. The experimental results show that the oxygen permeability increases while the CO2 tolerance decreases with increasing doping ratio of cobalt. The mechanism behind this trend was investigated by in situ high temperature XRD, FE-SEM, TGA, FTIR and XPS characterization techniques. These results indicated that basicity of SrCoxFe0.9-xNb0.1O3-δ is enhanced with increasing cobalt doping ratio because of a decrease in overall valence of B-site cations which leads to the decrease in electronegativity. Meanwhile, the decrease of valence for B-site cations also forms more oxygen vacancies which lead to the enhancement of oxygen permeability. With this trade-off between permeability and CO2 tolerance, it is necessary to balance oxygen permeability and stability under CO2 atmosphere for different applications. These results provide a guideline for the design of CO2 tolerant perovskite membrane. SCFN181 (SrCo0.1Fe0.8Nb0.1O3-δ) membrane was the most stable in the series of membranes studied. High oxygen permeation flux of 0.6 mL/min/cm2 for 35 h at 900 °C and 0.26 mL/min/cm2 flux at 800 °C for subsequent 100 h was achieved through SCFN 181 membrane (1.1 mm-thick) swept by CO2. With high permeability and high CO2-tolerant properties, SCFN181 membrane can meet the requirements for future industrial applications.
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