钯膜制备及渗氢性能研究

随着膜分离技术的不断发展,渗氢用钯基膜由于具有优异的透氢速率、透氢选择性及良好的化学和热稳定性,已被广泛应用于氢提纯分离领域。介绍了钯透氢膜的种类、透氢机理和制备方法,总结了钯膜从最初的纯钯膜、钯合金膜到钯复合膜的发展历程和氢渗透性能研究,并重点介绍了以铌钯复合膜为代表的新型Pd/bcc型复合膜氢渗透性能的研究进展。     

钯复合膜表面缺陷修饰材料的研究

利用钯膜分离氢是高纯或超纯氢气生产的主要方式,然而,钯膜表面缺陷是影响氢分离纯度的主要因素.本文选择NaA分子筛和γ-Al2O3两种缺陷填充材料对初镀后的钯膜表面缺陷进行修饰,发现两种材料修饰后钯膜透氮量分别下降了57和2倍,NaA分子筛材料修饰后钯膜的透氮量为未修饰钯膜的1/2 500.经过补镀和活化后,在相同钯膜厚度(2.5μm)条件下,3种钯膜透氮量分别为1.91×10-3、6.12×10-4和4.89×10-3m3/(h·m2·MPa).不同修饰材料修饰的钯膜的氢氮分离因子顺序为NaA分子筛＞γ-Al2O3＞无修饰,说明通过修饰钯膜缺陷的方法可提高钯膜的氢分离选择性,且用NaA分子筛材料要优于γ-Al2 O3材料,因为NaA分子筛在缺陷中可根据缺陷形状原位生长,更能有效填补缺陷.NaA分子筛材料修饰后的钯膜经过20次300～400℃以及0.1～1.0 MPa的温度和压力循环仍保持性能不变,具有较高的稳定性.     

乙醇对金属钯复合膜透氢性能影响的研究

利用化学镀的方法制备了不同厚度的钯膜,着重研究了乙醇水蒸气重整反应气氛下钯膜的透氢性能.实验结果表明:573~623K时,乙醇氢气混合气(Et/H2)气氛对钯膜透氢性能的影响大于乙醇水蒸气混合气(Et/H2O)气氛;623~673K时,Et/H2O气氛对钯膜透氢性能的影响大于Et/H2气氛.当钯膜暴露在H2/N2/Et和H2/N2/Et/H2O气氛下50min后,透氢量分别能恢复至初始值的96%和89%.此外,乙醇水蒸气重整反应气氛中,较大的水醇摩尔比[(10~13)∶1]和较薄的钯膜(2~6μm)有利于抑制钯膜透氢量的下降.     

钯银合金/陶瓷复合膜体系的氢脱附时间的研究

采用化学镀方法分别制备了Pd、Pd_(95)Ag_5和Pd_(85)Ag_(15)/陶瓷复合膜.研究了不同温度下Pd基复合膜在不锈钢和石英管式分离器两种体系中的氢脱附过程.结果表明,不锈钢分离器体系中的氢脱附缓慢,脱附时间随温度升高而降低.以合金膜Pd_(85)Ag_(15)为例,在673 K两侧F_(N_2)=150 mL/min时,渗透侧的脱附时间为7 h,而进气侧则大于27 h.实验证明不锈钢分离器自身的H_2脱附是该体系脱附的控制步骤.石英分离器体系的氢脱附时间明显缩短,同样的条件下Pd膜的两侧脱附时间分别为75和190 min.实验还证明,传质速率是石英分离器体系氢脱附的控制步骤,而多孔载体能够平抑脱附速率、延长脱附时间.     

大豆分离蛋白与明胶蛋白复合膜的制备与性能研究

以大豆分离蛋白为基质,添加明胶蛋白,用溶液铸膜法制备复合膜.研究了成膜液的溶液性能;复合膜的各种性能,包括表观性能、力学性能、阻隔性能.通过扫描电子显微镜观察了膜的微观结构.结果表明,当明胶含量为30%(质量分数)左右,两种蛋白的相容性最佳,复合膜的各项性能达到较佳值,拉伸强度达到31.59MPa,断裂伸长率达到65.96%,并且对氧气和水都有良好的阻隔性.     

铝合金表面耐磨复合膜的制备及其性能

针对在特殊场合对铝合金耐磨性、耐腐蚀性的高要求,结合铝合金阳极氧化工艺以及阳极氧化膜多孔的特点,在阳极氧化电解液中添加耐磨性物质n-SiC,使之进入到多孔铝合金阳极氧化膜中,达到提高耐磨性和耐腐蚀性的要求;运用正交试验法得到了添加n-SiC复合阳极氧化最佳工艺方案为:温度20℃,n-SiC添加量20mg/L,电流密度2A/dm2,氧化总时间40min。扫描电镜和X射线能谱分析结果证实n-SiC进入了氧化膜中;通过磨损试验机、盐雾腐蚀试验箱对复合阳极氧化膜的性能进行了检测,表明添加n-SiC可以提高复合阳极氧化膜的耐磨性。     

纳米氧化物/Nafion复合膜的制备与性能表征

分别以SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO等纳米氧化物为改性剂,采用流延法制得纳米氧化物/Nafion复合膜.XRD和ATR/FT-IR分析表明纳米氧化物在复合膜均匀分散,也没有发生团聚现象.对复合膜的质子传导和阻醇性能进行了测定,结果发现,纳米氧化物/Nafion复合膜具有较好的质子传导性能;阻醇性能均有较大幅度的提高,且以SiO2和TiO2改性的Nafion膜最为明显,甲醇透过系数分别从约10降低到约10-7和10-8数量级.这说明纳米氧化物/Nafion复合膜是一类较好的直接甲醇燃料电池用质子交换膜材料.     

渗氢用钯基膜的研究现状

介绍了渗氢用钯基膜的渗氢机理、影响因素以及制备技术的进展情况.重点阐述了钯基膜的种类及其各自的应用.钯膜的发展经历了从最初的纯钯膜、钯合金膜(主要为钯银、钯钇合金)到目前备受关注并具有良好应用前景的钯及钯基复合膜(如多孔陶瓷、多孔不锈钢基体等).钯膜的合金化,不仅能提高膜的氢渗透率,而且更重要的是可以提高钯膜的抗氢脆能力,延长钯膜的寿命,扩展钯膜的适用范围.而钯复合膜的研究成功,在保证膜的机械稳定性的前提下,降低了钯膜的厚度及成本,并极大地提高了钯膜的氢渗透率.     

钯膜与钯膜反应器应用研究进展

综述了钯膜透氢原理及其影响因素,着重介绍了钯膜制备技术及新的改进技术.概述了钯膜和钯基膜在加氢、脱氢、耦合反应中的应用情况,并对其存在的问题和发展前景进行了讨论.     

中空纤维反渗透复合膜的制备及分离性能研究

通过间苯二胺水溶液和均苯三甲酰氯的正己烷溶液的界面缩聚反应,以聚砜中空纤维超滤膜为基膜,制备了聚芳香酰胺反渗透复合膜.用扫描电镜对复合膜的表面及断面进行表征,探索了复合膜在不同操作条件以及进液性质下的分离性能.研究结果表明:中空纤维反渗透复合膜具有良好的耐压密性和稳定性,在0.7MPa下具有良好的分离性能.此复合膜对NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、Na2SO4等无机盐水溶液的脱盐率不低于93.5%,通量大于21L/(m2·h);对天津市大港、小站两地的苦成水具有优异的淡化性能;对天津市自来水中的盐分也有良好的去除率.     

渗氢用非对称性复合陶瓷膜的制备技术

简要介绍了渗氢用非对称性复合陶瓷膜的发展状况，着重介绍了载体的制备，载体表面涂覆技术和钯合金膜的沉积技术。     

气体分离用复合无机膜的制备技术

本文介绍了无机膜的制备原理。以溶胶－凝胶成膜技术和无电镀成膜技术对无机基质膜进行改性修饰，制成不同性能的无机复合膜，以满足不同的应用需要。详细描述了这两种成膜技术的工艺过程理论和控制参数。     

“自下而上”法修补含缺陷的钯膜

通过在化学镀镀液中添加长链巯基有机物(2-巯基苯并噻唑),利用巯基与金属钯强烈吸附的性质,使其吸附在钯膜表面,这样钯的自催化沉积仅仅发生在缺陷内部而不发生在钯膜表面,从而对含有缺陷的钯膜进行修补.对于选择性分别为720和4的M1和M2两根复合钯膜管,经过多次修补后,选择性S分别提高到2 556和3 990.经过SEM(EDS)和ZRD的分析,修补过后的钯膜表面未见硫化物、碳化物等杂质的存在和表面缺陷的存在.结果表明这种自下而上修补法是可行的.     

复合纳滤膜制备中的界面力学研究

研究了复合纳滤膜制备过程中影响复合牢度和纳滤膜截留性能的几种力学因素:涂层液和基膜的表面张力控制,基膜表面的弯曲程度对涂敷的影响,复合过程中的Marangoni效应和以亲水材料为表层的纳滤膜所展示的"荷叶效应".     

中空纤维复合膜的制备及在渗透汽化过程中的应用

本文在实验的基础上,提出用“液相沉积法”,制备中空纤维复合膜对成膜机理进行了初步解释。用复合膜的电子显微镜照片和渗透汔化实验结果,证明“液相沉积法”制备复合膜的可行性。所制中空纤维复合膜用于渗透汽化实验,分离乙醇—水混合物,其分离性能符合一般规律,分离95%的乙醇水溶液时的表现活化能为71.5kJ/mol.     

PVDF/SiO_2原位复合纳米纤维膜的制备及性能研究

采用原位复合溶胶-凝胶法配制复合纺丝液,通过高压静电纺丝制备出PVDF/SiO_2复合纳米纤维膜。采用FTIR分析了PVDF与SiO_2分子间的相互作用,并通过TEM表征了纳米二氧化硅的具体分散状态。研究了纳米SiO_2的加入对膜的热性能、结晶行为及力学性能的影响。结果表明,原位复合溶胶-凝胶法使纳米SiO_2在PVDF中具有良好的分散性,由FTIR可知在纳米SiO_2与PVDF分子间形成了C-O-Si键,使纳米粒子与PVDF基体形成了一定的结合力,进而提高了纤维的强度,且对纤维的热性能及结晶行为也产生了一定的影响。     

Pd负载高度交联聚苯乙烯的制备及储氢性能

多孔材料已经被广泛地应用于储氢研究。本文研究了Pd负载的高度交联聚苯乙烯（Pd—HCLPS）储氢材料的制备及储氢性能。在超声的辅助下,通过简便的置换反应成功制备了Pd—HCLPS。Pd颗粒以纳米尺度均匀分散在聚合物中。通过调节超声时间,制备了一系列不同Pd含量的Pd—HCLPS样品。发现Pd含量是影响氢溢流的一个重要因素。相比于HCLPS,Pd的负载使Pd—HCLPS样品的储氢量增强了1．1～1．7倍。在173K,3．1MPa下,最大储氢量为1．46wt9／6。     

中空纤维复合膜的制备及在渗透汽化过程中的应用

本文在实验的基础上,提出用“液相沉积法”,制备中空纤维复合膜对成膜机理进行了初步解释。用复合膜的电子显微镜照片和渗透汔化实验结果,证明“液相沉积法”制备复合膜的可行性。所制中空纤维复合膜用于渗透汽化实验,分离乙醇—水混合物,其分离性能符合一般规律,分离95%的乙醇水溶液时的表现活化能为71.5kJ/mol。     

汽油脱硫用复合膜的制备及性能

以聚乙二醇(PEG)为活性分离层、聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜为支撑层制备复合膜。PEG涂膜液的固含量提高到16%时,可以减少孔渗现象,提高渗透通量。考察进料温度、流量和膜下游侧压力对复合膜性能的影响。硫富集因子随温度和流量升高先增加后减小,最大值出现在100℃和100mL/min。渗透通量随温度升高而增大;当进料流量大于100mL/min时,渗透通量随流量增加而减小。两个参数均随膜下游侧压力增加而减小。对典型的催化裂化汽油,膜的渗透通量可达2.7kg/(m2.h),硫富集因子为3.6。     

微孔二氧化硅膜的制备、氢气分离以及水热稳定性研究

利用溶胶-凝胶法在Υ-Al₂O₃/α-Al₂O₃多孔支撑体上合成了微孔二氧化硅膜,并用IR、TG、FESEM、N₂吸附以及气体渗透等手段对二氧化硅膜进行了研究.结果表明,200℃时H₂的渗透率达到2.3×10^-7mol·m^-2·Pa^-1·s^-1,H₂/CO₂的分离系数为8.0,然而当二氧化硅膜长期暴露于潮湿环境时,由于水气与孔表面羟基相互作用引起二氧化硅膜孔结构的崩溃,最终导致H₂渗透率和H₂/CO₂分离系数剧烈下降.