国外氢分离及净化用钯膜的研究进展

介绍了氢分离及净化用钯膜的氢选择性机理、影响因素以及制备技术的进展情况,重点阐述了钯合金(如Pd-Cu,Pd-V,Pd-V-Cu,Pd-V-Ni-Co等)以及钯复合膜(如多孔不锈钢、Ni、Fe-A1-Cr基体等)的一些新的研究成果.     

多孔基体负载型钯膜制备质量控制和缺陷修补的研究进展

钯膜对氢气有着优异的渗透性和选择性,在氢分离和膜催化反应领域备受关注。将钯膜直接沉积于多孔基体表面形成的钯复合膜,具有厚度薄、力学强度高、氢渗透率高、成本低等优点,但制膜难度较高。在各种制膜方法中,化学镀法最为常用。在化学镀制膜过程中,对钯膜的质量控制和缺陷修补工艺进行了综述,以期进一步推动高性能钯复合膜的发展及应用。     

透氢钒基合金膜

目前工业上分离高纯氢气应用最多的是致密金属膜,尤其是钯银合金膜。钯、银属于贵金属,大规模应用成本高。钒基合金膜拥有比钯银合金膜更高的透氢率、机械强度和较低的成本,且氢脆抗力较纯钒得到很大提高,成为潜在的替代钯银合金膜的材料之一。本文综述了钒基合金膜材料的研究现状,催化层对透氢性能的影响以及钒基合金膜的制备方法,并对未来的发展趋势进行了展望。     

化学镀钯复合膜研究进展

化学镀是制备钯复合膜的主要方法。由于多孔载体固有的表面粗糙度,使得化学镀工艺存在顶膜易产生缺陷、金属沉积速度较慢、致密程度差,膜层不均匀、厚度不易控制、透氢性能差等缺点,影响了膜的致密性和分离效果。通过改进活化工艺和化学镀工艺可以获得较为理想的钯复合膜。近年来的研究表明,降低膜层厚度,保证膜层的致密性和均匀性,提高膜的渗透速率,仍是化学镀制备钯复合膜研究的重点。     

氢分离单相V基合金膜研究进展

Pd-Ag合金膜作为分离高纯H2的金属膜目前已经商业化应用,但由于Pd-Ag合金膜的材料成本高,限制其大规模应用。 单相V基合金膜拥有比钯银合金膜更高的H渗透率、机械强度和较低的成本,且氢脆抗力较纯V得到很大提高,塑性和H渗透率也比多相V基合金膜高,因此成为替代Pd-Ag合金膜的潜在材料之一。 本文综述了氢分离单相V基合金膜的研究进展,包括V基合金膜种类及H渗透性能、微观结构对H渗透性能的影响、合金膜失效机制等,并对氢分离单相V基合金膜未来的发展趋势进行了简单的展望。     

CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜氢渗透性能的影响

在300~450℃范围内,研究氢中加入CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜氢渗透性能的影响。结果表明,CO2的加入会大大降低膜的氢渗透率,CO2浓度越高,氢渗透率降低越多;CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜存在一定的毒化作用,使氢渗透率下降,450℃下的毒化作用明显强于300℃,但随着时间的延长,渗透率降低速率趋缓。CO2降低氢渗透率还有另外2个因素:当CO2浓度较高(>3%,摩尔分数)时,聚集在膜表面附近的CO2对氢气传质的阻塞作用是氢渗透率降低的主要因素;当CO2浓度较低(<1%)时,CO2在膜表面吸附,占据氢的活性点位,是氢渗透率降低的主要因素。     

透氢非钯基金属膜研究进展

相比于变压吸附和深冷分离法,膜分离技术由于能耗低、简单易行等特点,在氢气分离提纯中的应用具有优势。目前工业上分离提纯氢气应用最多的是致密金属膜,尤其是钯及其合金膜。但是钯是贵金属,成本非常高,限制了钯基膜的大规模应用。因此目前非钯基致密金属膜在氢气分离提纯中的应用受到广泛的的关注,成为研究热点。本文综述了金属膜分离氢气机理,非钯基金属膜的材料成分及其发展现状,并指出目前开发膜材料存在的一些亟待解决的问题。     

氢分离合金冷轧成膜组织演变及透氢性能研究进展

第VB族（Nb、V、Ta）难熔金属与商用Pd比不但具有较高的氢渗透率而且价格低廉，成为人们青睐的新一代可替代钯的新型氢分离膜材料。为了规模化制备高通量的氢分离合金膜，研究者们对铸锭合金先进行冷轧变形以获得大尺寸平面膜，然后通过退火处理提高渗透率从而达到合金膜通量效率提升的目的。本文从合金的冷轧成形性、轧态及后续退火态组织演变以及透氢性能三方面的研究进展进行综述，分析了冷轧成膜的成分效应，阐述铸态、冷轧态和退火态的微观组织与渗透率的关系。讨论了通过轧态后续退火改善组织结构，进而开发高通量氢分离合金膜研究所面临的问题，最后对冷轧成膜及后续退火是实现低成本可规模化制备低厚度、高渗透率氢分离合金膜的前景进行展望。     

化学镀制备钯复合膜成膜机制的研究

采用以肼为还原剂的化学镀液，在多孔不锈钢载体上制备钯复合膜，研究钯复合膜的形核、长大及成膜机理。结果表明，载体经敏化／活化处理后，表面获得了均匀分散的纳米晶核，化学镀时，钯沿着晶核均匀长大，逐渐成膜。为了抑制载体的氢脆，增加载体与钯膜之间的结合力，载体预镀-薄层钯膜后再对载体作封孔处理，在孔径较大的不锈钢载体上获得了无裂缝、薄而致密的复合钯膜。     

纯镍、纯铁膜及在其上镀钯或银钯层的透氢能力试验

纯钯具有选择透过氢的能力。这一新技术已被广泛地应用在工业生产许多领域。但是钯资源稀少,价格昂贵。国外在寻求减少钯用量方面(净化效果相当)有如下途径:提高钯合金强度将钯合金透过膜厚度尽可能做的薄(大都有支撑体),在多孔材料上涂     

高温水蒸气毒化对钯膜表面状态与渗氘能力的影响

采用H2O(g)在300℃与900℃之间对Pd膜表面进行了毒化,将毒化后的Pd膜在常温下与氢气进行反应,并在500℃进行了氘气渗透试验。采用XPS、SEM等对反应前后Pd膜表面状态进行了表征与分析,研究了H2O(g)的毒化作用与吸氢反应对Pd膜表面形貌与化学成分的影响与机理。实验表明:当毒化温度低于500℃时,H2O(g)对Pd膜表面无明显影响;当毒化温度高于500℃,H2O(g)会导致Pd膜表面出现微孔,且随着毒化温度升高,微孔数量与体积逐渐增加;当温度达到600℃以上时,H2O(g)毒化会造成Pd膜表面出现细微裂纹。H2O(g)与Pd膜在300℃与900℃之间不但不会产生化学变化,其表面原有的吸附杂质反而得到了明显的去除,且在600℃以上反应后钯膜的透氘性能也得到了提高。     

Pd8.5Y0.19Ru合金膜的氕氘渗透特性

研究了厚度40μm的Pd8.5Y0.19Ru(原子分数)合金膜的氢渗透性能。结果表明,在573～723K温度范围内,氢在膜中的渗透符合Fick第一定律,氕、氘的渗透率表达式分别为ΦH=2.566×10-6exp(-3542.45/T)mol/m.s.Pa0.5和ΦD=1.398×10-6exp(-3443.72/T)mol/m.s.Pa0.5,与钯钇合金相比,合金元素钌的加入降低了氕氘的渗透率和渗透分离系数。另外,CH4对膜还具有较强的毒化作用。     

氢渗透合金膜的研究现状及发展趋势

氢渗透合金膜是一种重要的氢气提纯材料。本文简要介绍了目前存在的几种氢渗透合金膜的研究进展和各自的优缺点,重点讨论了氢渗透合金膜的工作原理、氢渗透性能和制备方法;详细分析了影响氢渗透性能的关键因素,包括氢渗透系数、氢扩散系数、氢溶解系数和氢脆性,提出了通过改善氢渗透合金膜的微观结构以提高膜材料的抗氢脆性、提高氢渗透系数和扩散系数的方法,最后对合金膜的发展趋势进行了探讨。     

Cr含量对氢分离合金V90-xTi10Crx(x=0,5,10,20)组织和性能的影响

单相V基合金膜具有比Pd合金膜更高的氢渗透率及较低的成本,在氢分离合金膜纯化领域有潜在的应用前景。通过增加Cr含量来探究斥氢元素Cr对单相V_90-xTi₁₀Cr_x(x=0, 5, 10, 20)(原子分数,%)合金氢溶解、氢渗透以及抗氢脆能力的影响。结果表明,Cr含量的增加降低了氢在V_90-xTi₁₀Cr_x合金中的氢溶解度以及氢扩散系数,从而降低了氢渗透率,但V_90-xTi₁₀Cr_x合金仍表现出优于Pd及Pd-Ag合金的氢渗透性能。另一方面,随着Cr含量的增加,V_90-xTi₁₀Cr_x合金破裂温度从184℃(x=5)降低到141℃(x=10),而x=20时,合金膜冷至室温仍保持完整性,表现出优异的抗氢脆性能。     

分离高纯氢用钯基合金膜简述

在Pd中添加Y、Cu、Ru或In,进一步制备钯合金膜后,其透氢率和强度等性能会生变化。介绍了钯基合金膜的透氢性能和物理性能,以及温度和气体成份对性能的影响;描述了PdAg、PdCu、PdY、PdRu和PdInRu的性能特点及应用领域。