專利名稱：鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)名稱是鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜，屬新能源化工領(lǐng)域。用于提取高純度的氫氣。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在主要采用熱化學(xué)方法將煤、汽油、柴油和天然氣等碳?xì)淙剂现苯愚D(zhuǎn)換成含有一定氫氣組分的混合燃料。然而，目前燃料電池、化工、電子加工等行業(yè)需要高純度的氫氣，所以氫氣提純步驟非常重要。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的金屬分離膜是在去掉氧化層的鉭、釩等金屬基板的兩個(gè)表面上采用電鍍法、濺射法、物理氣相沉積等方法把鈀或鈀合金沉積在其表面上，作為氫氣催化分解材料和基體材料氧化保護(hù)膜，從而來(lái)來(lái)解決分離膜表面容易氧化的問(wèn)題。然而，一方面，采用這些傳統(tǒng)方法來(lái)制備金屬氫分離膜的制備條件要求比較苛刻，需要去掉金屬表面致密氧化膜后再沉積一層鈀或鈀合金膜。另一方面，這種夾層型平板結(jié)合 結(jié)構(gòu)的金屬氫分離膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反復(fù)高低溫運(yùn)行后，因不同金屬材料間熱膨脹系數(shù)不一致，會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力集中，從而在鈀及鈀合金沉積層中出現(xiàn)破裂、與基板材料分離、甚至脫落等現(xiàn)象，最終使失去保護(hù)的基體材料在高溫條件下快速氧化，生成氫原子難以穿透的致密氧化層；此外，在基板材料氧化后氧化物的散裂過(guò)程中，又會(huì)加劇催化保護(hù)層的脫落，進(jìn)一步惡化這種復(fù)合金屬分離膜的氫透特性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜，省掉了傳統(tǒng)方法去除表面氧化層的繁雜步驟，并且這種特殊的鑲嵌結(jié)構(gòu)還能有效地克服不同金屬間因熱膨脹系數(shù)不一致而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，從而避免傳統(tǒng)復(fù)合膜帶來(lái)的一系列問(wèn)題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜，采用金屬鈀或鈀合金利用相關(guān)技術(shù)(如先進(jìn)冷噴涂技術(shù))把金屬鈀或鈀合金顆粒以高速?zèng)_破鉭、釩等金屬基板表面的氧化層，使部分顆粒鑲嵌進(jìn)入基板中，形成特殊的三維結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜。由于鉭、釩等金屬在空氣中容易被氧化，因此可以在該金屬表面上形成一層致密的金屬氧化膜，從而阻止基板材料的進(jìn)一步氧化。此外，由于氫原子無(wú)法通過(guò)鉭、釩等金屬表面的致密氧化膜，因此氫原子只能通過(guò)鑲嵌在該表面上的金屬鈀或鈀合金顆粒表面，從而進(jìn)入金屬氫分離膜內(nèi)，最終形成一種以微小鈀或鈀合金顆粒表面為特殊結(jié)構(gòu)的三維復(fù)合金屬氫分離膜純化結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是省掉了傳統(tǒng)方法去除表面氧化層的繁雜步驟，并且這種特殊的鑲嵌結(jié)構(gòu)還能有效地克服不同金屬間因熱膨脹系數(shù)不一致產(chǎn)生的熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致鈀及鈀合金層出現(xiàn)破裂、與基板材料分離、甚至脫落等問(wèn)題。另一方面，這種特殊的鑲嵌結(jié)構(gòu)借鑒擴(kuò)展表面強(qiáng)化傳熱原理，對(duì)該傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化；此外，微肋結(jié)構(gòu)的存在還能強(qiáng)化氫分子在催化分解材料表面的吸附、分解和擴(kuò)散過(guò)程，并為氫原子穿過(guò)復(fù)合金屬氫分離膜提供通道。


圖I.鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜結(jié)構(gòu)示意 圖2.氫分離器系統(tǒng)示意 其中I一鉭、釩等金屬基板；2—基板氧化層；3—鈀或鈀合金；4一氫氣混合氣體進(jìn)口 ；5—金屬鈕或鈕合金顆粒；6—基板氧化層；7—鉭、f凡等金屬基板；8—雜質(zhì)氣體出口 ；9一分離出的純氫氣。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，金屬鈀或鈀合金一部分嵌入膜基體材料表面，而使其另外一部分暴露于表面，形成這種特殊的三維鑲嵌膜結(jié)構(gòu)。如圖2所示，是一個(gè)簡(jiǎn)易的氫分離器系統(tǒng)示意圖，進(jìn)口處4的混合氣體進(jìn)入分離通 道，氫氣不斷被鈀或鈀合金顆粒5不斷催化分解而吸收，純氫氣9通過(guò)基板7到達(dá)另一側(cè)被相關(guān)裝置收集。而其它低含氫量雜質(zhì)氣體從通道的出口 8流出，從而達(dá)到分離提純氫氣的效果。
權(quán)利要求
1.一種鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜，采用金屬鈀或鈀合金利用相關(guān)技術(shù)使其與高滲氫的致密金屬如鉭、釩等基板相結(jié)合，使易氧化的鉭、釩等金屬表面形成一層金屬保護(hù)膜，從而形成易于氫氣分離與提純的結(jié)構(gòu)效果；其特征在于采用了金屬鈀或鈀合金顆粒利用相關(guān)技術(shù)使其鑲嵌進(jìn)入鉭、釩等基板里，形成特殊的三維鑲嵌結(jié)構(gòu)金屬分離膜。
2.如權(quán)利要求I所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜，其特征在于采用冷噴涂技術(shù)使金屬鈀或鈀合金顆粒以高速?zèng)_破鉭、釩等金屬基板表面的氧化層使其部分鑲嵌進(jìn)入基板中，形成特殊的三維結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜。
全文摘要
本發(fā)明的名稱是鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜，屬新能源化工領(lǐng)域。一種鑲嵌結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氫分離膜，采用金屬鈀或鈀合金3利用相關(guān)技術(shù)使其與高滲氫的致密金屬如鉭、釩等基板1相結(jié)合，在易氧化的鉭、釩等金屬表面形成一層金屬氧化保護(hù)膜來(lái)阻止基板表面形成氧化層2，從而形成氫氣分離與提純的結(jié)構(gòu)效果。其特征在于采用了金屬鈀或鈀合金顆粒利用相關(guān)技術(shù)使其以高速?zèng)_破鉭、釩等金屬基板表面的氧化層，使其部分鑲嵌進(jìn)入基板中，形成特殊的鑲嵌結(jié)構(gòu)的金屬氫分離膜。
文檔編號(hào)C01B3/50GK102824821SQ20121032661
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者廖全, 張 浩, 陳清華 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)