[发明专利]一种制备双层钯复合膜的方法

说明书

一种制备多层钯复合膜的方法，该多层钯复合膜材料具备良好的透氢性能及稳定性，能用于氢气的分离、纯化及生产。与传统的钯复合膜相比，该材料包括两层连续金属钯膜，两层金属膜之间填充多孔材料(如分子筛，氧化铝)，能起到抑制杂质气体渗透的作用从而保证使用过程中的高选择性及稳定性。

技术领域

本发明涉及一种制备多层钯复合膜的方法，多层钯复合膜具备良好的透氢性能和稳定性，能用于氢气的分离、纯化和生产。

背景技术

随着人类对能源需求量的日益增加，环境污染和温室气体效应给全球带来前所未有的压力和挑战，开发高效、绿色的能源转化技术已经成为各个国家能源战略的目标。氢气作为一种高效清洁的二次能源载体可以促进化石资源向洁净能源转化，它具有能量密度高(142MJ/kg)、来源丰富(例如水，生物质等)、质量小以及环境友好(水是唯一的燃烧产物)等优点。目前，氢气的生产主要有以下几种方式：电解水制氢、甲烷水蒸气重整制氢、煤气化制氢及石油天然气部分氧化制氢，同时每年氢气的总生产量也在快速地增加。另外，半导体、LED、光伏发电、以及燃料电池等新兴战略的迅猛发展，促进了对高纯氢气的强烈需求。

钯膜技术被视为是最有潜力实现高纯氢气生产的技术。钯膜具有独特的氢气溶解能力并且通过溶解-扩散机理透过氢气，从而实现理论上无限大的氢气选择性和高氢气透量。与常规氢气分离技术如变压吸附法，深冷法等相比，钯膜分离技术具有占地少、投资少、能耗低以及操作方便等优点。同时，钯及钯复合膜由于其高透氢性能、良好的热稳定性及机械稳定性，广泛应用于氢气分离纯化过程。经过钯膜分离后的氢气纯度可达99.9995％，可直接供给燃料电池使用。早期使用机械滚轧法制备纯金属钯管用于氢气分离，其金属厚度达到几百微米，造成氢气透量较低，同时昂贵的材料成本限制了钯管的商业应用。将钯沉积到多孔载体上，如多孔陶瓷、多孔不锈钢和多孔玻璃等，可以制备负载型钯复合膜，钯膜的厚度能降低到只有几个到十几微米，不仅大大降低了材料成本，而且能明显提高氢气的透量。目前，钯复合膜的稳定性是影响其商业应用的最主要障碍。比如在高温以及反复的氢气吸附/脱附条件下，钯膜上容易出现针眼或裂缝，其中主要原因之一是金属钯膜与载体的膨胀系数不一致而在界面上产生横向以及纵向的剪切应力。为此，本发明公开一种提高钯复合膜稳定性并延长钯复合膜使用寿命的方法，其最大的特点是采用双层金属钯膜结构设计，而且两层膜之间使用多孔材料进行填充，如分子筛或陶瓷颗粒等，能明显抑制杂质气体如氮气等的渗透，从而保证钯复合膜的透氢选择性和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备多层钯复合膜的方法，从而得到高稳定性的钯复合膜材料，保证氢气分离、纯化及生产中的使用寿命。

本发明采用的具体技术方案为：

(1)采用化学镀工艺在多孔不锈钢或陶瓷载体上制备一层致密钯膜或钯合金膜，形成钯复合膜；

(2)采用水热合成或浸渍提拉工艺在上述钯复合膜表面制备一层多孔材料；

(3)采用化学镀工艺在上述材料表面再制备一层致密钯膜或钯合金膜。

所用的多孔材料孔径大小在1-50nm之间，多孔膜材料可以是分子筛、Al2O3、CeO2、TiO2、ZrO2、SiO2中的一种或几种。

所述多孔材料是采用水热合成制备分子筛层或“改进的”溶胶凝胶法制备Al2O3、CeO2、TiO2、ZrO2、SiO2中的一种或二种以上材料层，其厚度是0.5～10μm。