Разработка асимметричных композиционных мембран на основе Bi2Ru2O7 - Bi1,6Er0,4O3 для сепарации кислорода

Проект направлен на создание новых композиционных материалов на основе электронопроводящего пирорутената висмута Bi2Ru2O7 и ионопроводящего оксида висмута, частично замещенного эрбием Bi1,6Er0,4O3, обладающих высокой смешанной кислород-ионно-электронной проводимостью, с целью дальнейшей разработки на их основе среднетемпературных (600-800 °С) асимметричных мембран для сепарации кислорода.В качестве плотного кислородселективного слоя асимметричных мембран будут использованы керамические композиты Bi2Ru2O7 – 50, 60 об.% Bi1,6Er0,4O3, а в качестве пористой подложки - керамические композиты NiO – 8, 10 об.% Bi2O3, получаемые методом in situ кристаллизации из частично расплавленного состояния при неполном смачивании. Будут подобраны оптимальные условия формирования высокоплотного кислородселективного слоя из Bi2Ru2O7 – Bi1,6Er0,4O3, при этом в качестве спекающей добавки планируется использовать оксид висмута, переходящий в расплавленное состояние и in situ отверждаемый до Bi1,6Er0,4O3 в процессе получения асимметричной мембраны. Планируется подобрать методику одностадийного получения асимметричной мембраны посредством совместного спекания плотного и пористого слоев с присутствием жидкой фазы, что позволит предотвратить зональное обособление усадки при спекании и исключить возможное растрескивание в местах контакта плотного и пористого слоев. Предполагается провести дилатометрические исследования, подтверждающие термическую совместимость плотного и пористого слоев и устойчивость в процессе термоциклирования, а также изучить механические свойства (предел прочности при сжатии и изгибе) нового мембранного материала.Традиционно будут изучены транспортные свойства (электропроводность, числа переноса ионов кислорода, проницаемость по кислороду) керамических композитов Bi2Ru2O7 – 50, 60 об.% Bi1,6Er0,4O3 и асимметричных мембран на их основе в зависимости от парциального давления кислорода и температуры, установлены кинетические закономерности процесса переноса кислорода в композитах, определены объемные и поверхностные кинетические параметры массопереноса, а также оценены характеристические толщины мембран. Успешная реализация данного проекта позволит надеяться на решение вопроса недостаточной применимости материалов на основе оксида висмута в среднетемпературных электрохимических устройствах, в частности, в качестве ионно-транспортных мембран для сепарации кислорода из воздуха и других кислородсодержащих газовых смесей.