[发明专利]一种氢分离用Ni基复合膜管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氢分离用Ni基复合膜管，包括基体管和覆于基体管表面的金属镍膜，所述基体管内且沿长度方向设置有多个通孔，所述基体管和金属镍膜均为多孔结构，所述基体管的孔径不大于6μm，所述基体管的孔隙率为30％～48％，所述基体管的材质为镍合金；所述金属镍膜的厚度为5μm～30μm，孔径范围在0.05～0.3μm；本发明还公开了一种氢分离用Ni基复合膜管的制备方法。本发明制备的Ni基复合膜管可在≤650℃的条件下分离氢气，成本低，孔径分布均匀，对原料气的要求较低，具有处理量大，具有易于安装等优点。

技术领域

本发明属于复合金属多孔材料技术领域，具体涉及一种氢分离用Ni基复合膜管及其制备方法。

背景技术

氢的分离方法有：膜分离法、变压吸附(PSA)法、深冷分离法等，其中膜分离法具有投资少、占地小、能耗低、操作方便等特点。钯膜或钯合金膜用于氢气的分离纯化已有近50年的历史。在近20年，为了降低膜厚以及提高氢通量，负载型钯膜得到了迅速发展。

但是，钯膜不仅成本高，且在温度高于500℃的环境应用时，寿命急剧降低，而且对原料气的成分具有严格的要求，以抑制钯膜的中毒及失效，从而制约了钯膜的大规模应用。

目前，氢分离用金属膜材料的研究重点转向其它相对便宜的金属膜材料，如钛合金，或者钽合金等超薄毛细管，但是由于金属毛细管一般在非晶状态下，才具有高的氢分离性能，而金属毛细管在超过500℃的条件下由非晶状态转化成晶态，从而限制了金属膜管在≥500℃高温条件下应用于氢分离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种氢分离用Ni基复合膜管。该Ni基复合膜管可在温度≤650℃的条件下分离氢气，解决了现有金属膜管在≥500℃高温的条件下的应用的问题，而且具有成本低，透气均匀，孔径分布均匀等特点，能实现大规模生产，将所述Ni基复合膜管应用于氢分离时，对原料气的要求较低，不易发生膜中毒的问题，且具有处理量大，具有易于安装等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氢分离用Ni基复合膜管，其特征在于，该Ni基复合膜管包括基体管和覆于基体管表面的金属镍膜，所述基体管内且沿长度方向设置有多个通孔，所述基体管和金属镍膜均为多孔结构，所述基体管的孔径不大于6μm，所述基体管的孔隙率为30％～48％，所述基体管的材质为镍合金。

上述的一种氢分离用Ni基复合膜管，其特征在于，所述Ni基复合膜管的外径为6mm～16mm，所述通孔的孔径为1mm～3mm，通孔的数量为4～20个；所述金属镍膜的厚度为5μm～30μm，金属镍膜的孔径0.05μm～0.3μm。

上述的一种氢分离用Ni基复合膜管，其特征在于，所述镍合金为Inconel625合金。

另外，本发明还公开了一种制备上述的氢分离用Ni基复合膜管的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将镍合金粉末和增塑剂混合均匀，得到混料；

步骤二、采用挤压设备对步骤一中得到的混料进行薄壁多通道Ni基复合膜管的挤压成型，得到基体管坯体；

步骤三、将步骤二中得到的基体管坯体置于气氛炉中，在高纯氩气气氛的保护下进行预烧结处理；所述预烧结处理的温度为750℃～850℃，时间为1.5h～2.5h；

步骤四、将步骤三中经预烧结处理后的基体管坯体置于真空炉中，在真空度小于10^-2Pa，温度为950℃～1200℃的条件下进行0.5h～2.5h的烧结处理，得到基体管；

步骤五、将粒径小于1μm的镍粉和聚乙烯醇水溶液混合均匀，得到浆料，所述浆料中镍粉的质量含量为15％～28％；

步骤六、将步骤五中得到的浆料喷涂到步骤四中得到的基体管的外表面上，然后置于氢气炉中进行烧结，最终得到氢分离用Ni基复合膜管。