撐體上利用浸漬法在內(nèi)外依次分別沉積多孔N1- Y S Z陽極和L SM(LaQ.2SrQ.8Mn03-s)陰極，形成具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器。陽極層、陰極層的厚度均為5微米。
[0046]實(shí)施例1中具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器包括相互平行排列的多組陶瓷微管4，每組陶瓷微管4均設(shè)置在各自的陶瓷筋板6上，每組陶瓷微管4包含陶瓷微管管口 I呈直線排列的多個陶瓷微管4，平行排列的多組陶瓷微管4之間彼此分離，形成管間流體通道5;陶瓷微管4兩端均由陶瓷管板2將陶瓷微管4固定連接成束，端面為蜂窩狀，兩塊陶瓷管板2的兩側(cè)分別由兩塊陶瓷支撐板3相連，陶瓷支撐板3與陶瓷管板2垂直，陶瓷管板2、陶瓷支撐板3、陶瓷微管4與陶瓷筋板6均為一體化形成。
[0047]實(shí)施例2
[0048]將400g GDCXGduCe0.^—s)陶瓷粉體與20g聚乙烯醇縮丁醛用混料機(jī)均勻混合，過60目篩后置于三維打印機(jī)原料盒中。三維打印機(jī)采用美國Zcorp公司Z510型陶瓷三維打印機(jī)，用3Dmax軟件繪制電催化膜反應(yīng)器的三維實(shí)體模型結(jié)構(gòu)圖，見圖1，用計算機(jī)控制三維打印機(jī)將GDC陶瓷粉體按照設(shè)計好三維實(shí)體模型結(jié)構(gòu)圖打印成型，得到具有立體通道結(jié)構(gòu)的蜂窩型陶瓷電解質(zhì)支撐體生坯。該模型外部尺寸為長、寬、高均為4cm，縱向有45條陶瓷微管，提供管程流體通道，橫向有8條通道，提供管間流體通道，成型后的坯體照片見圖3。該坯體吹掃干凈表面粉體殘留，置入程序控溫電爐，先在80°C干燥2小時，再以2°C/min的升溫速度加熱到500°C，保溫2小時以除去膜中的有機(jī)物粘結(jié)劑。然后以2°C/min的升溫速度加熱到1550°C，保溫4小時使其充分燒結(jié)，最后以2°C/min的降溫速率降到室溫，獲得致密電解質(zhì)支撐體。
[0049]在電解質(zhì)支撐體上利用浸漬法在內(nèi)外依次分別沉積多孔N1-GDC陽極和LSCF(LaQ.6Sn).4CO().2Fe().203—s)陰極，形成具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器。陽極層、陰極層的厚度均為10微米。
[0050]其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1。
[0051 ] 實(shí)施例3
[0052]將350g SDC(SmQ.2CeQ.802—s)陶瓷粉體與20g聚醚砜溶液用混料機(jī)均勻混合，過60目篩后置于三維打印機(jī)原料盒中。三維打印機(jī)采用美國Zcorp公司Z510型陶瓷三維打印機(jī)，用catia軟件繪制電催化膜反應(yīng)器的三維實(shí)體模型結(jié)構(gòu)圖，見圖1，用計算機(jī)控制三維打印機(jī)將SDC陶瓷粉體按照設(shè)計好三維實(shí)體模型結(jié)構(gòu)圖打印成型，得到具有立體通道結(jié)構(gòu)的蜂窩型陶瓷電解質(zhì)支撐體生坯。該模型外部尺寸為長、寬、高均為4cm，縱向有45條陶瓷微管，提供管程流體通道，橫向有8條通道，提供管間流體通道，成型后的坯體照片見圖3。該坯體吹掃干凈表面粉體殘留，置入程序控溫電爐，先在80°C干燥2小時，再以2°C/min的升溫速度加熱到500°C，保溫2小時以除去膜中的有機(jī)物粘結(jié)劑。然后以2°C/min的升溫速度加熱到1550°C，保溫4小時使其充分燒結(jié)，最后以2°C/min的降溫速率降到室溫，獲得致密電解質(zhì)支撐體。
[0053]在電解質(zhì)支撐體上利用浸漬法在內(nèi)外依次分別沉積多孔N1-SDC陽極和BSCF(BaQ.5Sn).5CO().8Fe().203—s)陰極，形成具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器。陽極層、陰極層的厚度均為15微米。
[0054]其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1。
[0055]實(shí)施例4
[0056]將200g SSZ(SCQ.1Ce0.tnZr0.8902—O陶瓷粉體與1g聚乙烯縮丁醛用混料機(jī)均勻混合，過60目篩后置于三維打印機(jī)原料盒中。三維打印機(jī)采用美國Zcorp公司Z510型陶瓷三維打印機(jī)，用pre軟件繪制電催化膜反應(yīng)器的三維實(shí)體模型結(jié)構(gòu)圖，見圖1，用計算機(jī)控制三維打印機(jī)將SSZ陶瓷粉體按照設(shè)計好三維實(shí)體模型結(jié)構(gòu)圖打印成型，得到具有立體通道結(jié)構(gòu)的蜂窩型陶瓷電解質(zhì)支撐體生坯。該模型外部尺寸為長、寬、高均為4cm，縱向有45條陶瓷微管，提供管程流體通道，橫向有8條通道，提供管間流體通道，成型后的坯體照片見圖3。該坯體吹掃干凈表面粉體殘留，置入程序控溫電爐，先在80°C干燥2小時，再以2°C/min的升溫速度加熱到500°C，保溫2小時以除去膜中的有機(jī)物粘結(jié)劑。然后以2°C/min的升溫速度加熱到1550°C，保溫4小時使其充分燒結(jié)，最后以2°C/min的降溫速率降到室溫，獲得致密電解質(zhì)支撐體。
[0057]在電解質(zhì)支撐體上利用浸漬法在內(nèi)外依次分別沉積多孔N1- S S Z陽極和L S M(LaQ.2SrQ.8Mn03-s)陰極，形成具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器。陽極層、陰極層的厚度均為20微米。
[0058]其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1。
[0059]實(shí)施例5
[0060]將500g LSGM(Lat).8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3—O陶瓷粉體與20g聚乙烯縮丁醛用混料機(jī)均勻混合，過60目篩后置于三維打印機(jī)原料盒中。三維打印機(jī)采用美國Zcorp公司Z510型陶瓷三維打印機(jī)，用3Dmax軟件繪制電催化膜反應(yīng)器的三維實(shí)體模型結(jié)構(gòu)圖，見圖1，用計算機(jī)控制三維打印機(jī)將LSGM陶瓷粉體按照設(shè)計好三維實(shí)體模型結(jié)構(gòu)圖打印成型，得到具有立體通道結(jié)構(gòu)的蜂窩型陶瓷電解質(zhì)支撐體生坯。該模型外部尺寸為長、寬、高均為4cm，縱向有45條陶瓷微管，提供管程流體通道，橫向有8條通道，提供管間流體通道，成型后的坯體照片見圖3。該坯體吹掃干凈表面粉體殘留，置入程序控溫電爐，先在80°C干燥2小時，再以2°C/min的升溫速度加熱到500°C，保溫2小時以除去膜中的有機(jī)物粘結(jié)劑。然后以2°C/min的升溫速度加熱到1550°C，保溫4小時使其充分燒結(jié)，最后以2°C/min的降溫速率降到室溫，獲得致密電解質(zhì)支撐體。
[0061 ]在電解質(zhì)支撐體上利用浸漬法在內(nèi)外依次分別沉積多孔N 1- L S GM陽極和L S C F(LaQ.6Sn).4CO().2Fe().203—s)陰極，形成具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器。陽極層、陰極層的厚度均為10微米。
[0062]其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維打印具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)以電解質(zhì)陶瓷粉體為原料，使用三維繪圖軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)，利用陶瓷三維打印機(jī)輸出，一步法打印制備成具有立體通道結(jié)構(gòu)的蜂窩型電解質(zhì)支撐體生坯； (2)生坯經(jīng)過燒結(jié)后，獲得電解質(zhì)支撐體； (3)采用乳液浸漬法，在電解質(zhì)支撐體上內(nèi)側(cè)、外側(cè)分別沉積陰極和陽極或者沉積陽極和陰極，形成具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 電解質(zhì)陶瓷粉體為氧化鋯基、氧化鈰基或鎵酸鑭基中的一種或多種;氧化鋯基、氧化鈰基的結(jié)構(gòu)為XaY1-a02—其中， X為鈣、釔、鈧、釤、釓、鐠金屬元素的一種或多種； Y為鋯、鈰、鉍金屬元素的一種或多種； δ為氧缺位數(shù)，O Sag I； 陽極材料為Ni基電解質(zhì)陶瓷粉體，且所有電解質(zhì)陶瓷粉體的種類相同； 陰極材料為結(jié)構(gòu)為ABO3-S的摻雜的鈣鈦礦型陶瓷、結(jié)構(gòu)為A2B2Ow的雙鈣鈦礦型陶瓷或結(jié)構(gòu)為A2BOu的尖晶石型陶瓷中的一種或多種;其中， A為鑭、鋪、鐠、釹、釤、銪、IL、鋪、鏑、鈥、鉺、鎊、鐿、镥、媽、鎖、鋇中的一種或多種； B為銳、欽、?凡、絡(luò)、猛、鐵、鉆、銀、銅、梓、嫁、招、5!乙、錯、銀、鑰、給、組、媽、鍊中的一種或多種； δ為氧缺位數(shù)，O Sag I； 電解質(zhì)陶瓷粉體、陽極材料、陰極材料的粒度均為0.02?10微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器包括相互平行排列的多組陶瓷微管(4)，每組陶瓷微管(4)均設(shè)置在各自的陶瓷筋板(6)上，每組陶瓷微管(4)包含陶瓷微管管口( I)呈直線排列的多個陶瓷微管(4)，平行排列的多組陶瓷微管(4)之間彼此分離，形成管間流體通道(5);陶瓷微管(4)兩端均由陶瓷管板(2)將陶瓷微管(4)固定連接成束，端面為蜂窩狀，兩塊陶瓷管板(2)的兩側(cè)分別由兩塊陶瓷支撐板(3)相連，陶瓷支撐板(3)與陶瓷管板(2)垂直，陶瓷管板(2)、陶瓷支撐板(3)、陶瓷微管(4)與陶瓷筋板(6)均為一體化形成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:管間流體通道(5)為直通道或S型曲折通道。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:燒結(jié)是生坯在1200?1600°C的溫度條件下，于一定氣氛中熱處理2?10h。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:氣氛為氧化性氣氛或普通大氣氣氛。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:電解質(zhì)陶瓷粉體中添加有機(jī)物粘結(jié)劑或造孔劑。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:乳液浸漬法是將陰極材料或陽極材料與溶劑和添加劑配制成穩(wěn)定的懸浮乳液，然后將電解質(zhì)支撐體涂敷浸漬該懸浮乳液，經(jīng)過烘干、燒結(jié)或還原熱處理后，獲得陰極層或陽極層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:陰極層、陽極層的厚度均為5?20微米。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:添加劑為造孔劑，包括球狀石墨、淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯微球或聚苯乙烯微球。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維打印具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器的方法，屬于固體氧化物電解池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明基于陶瓷材料三維打印成型技術(shù)，以電解質(zhì)陶瓷粉體為原料，使用三維繪圖軟件，通過陶瓷三維打印機(jī)輸出后，一步打印成型具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器生坯。生坯進(jìn)行燒結(jié)處理，獲得電解質(zhì)支撐體，采用乳液浸漬法，在電解質(zhì)支撐體上內(nèi)側(cè)、外側(cè)分別沉積陰極和陽極或者沉積陽極和陰極，形成具有立體通道的蜂窩型電催化膜反應(yīng)器。本發(fā)明不僅制備高效、節(jié)約成本，大大提高傳質(zhì)速率，而且自動化程度高、批次穩(wěn)定。
【IPC分類】C04B41/50, B33Y10/00, C04B41/87, B33Y70/00, B28B1/00, C04B38/06, C25B9/18
【公開號】CN105500493
【申請?zhí)枴緾N201510835102
【發(fā)明人】孟秀霞, 楊乃濤, 謝孟含, 孟波, 譚小耀
【申請人】山東理工大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月25日