多孔鈦金屬擔(dān)載鈀復(fù)合膜的制備及性能研究.pdf

1、氫氣是一種重要的化工原料和可再生新能源，精細(xì)化工和燃料電池等行業(yè)的發(fā)展對(duì)氫氣的產(chǎn)能和純度都提出了很高的要求，因此，很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，氫氣的制取，特別是高純氫氣的制備一直是研究的熱點(diǎn)。金屬鈀及其部分合金由于對(duì)氫氣具有很好的溶解能力，在氫氣分離過(guò)程中表現(xiàn)出了非常高的對(duì)氫氣的選擇、滲透性能，加之其具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，使其在高純氫氣的制備方向上得到了廣泛的研究。但是，到目前為止，鈀復(fù)合膜還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。究其根本原因

2、是鈀復(fù)合膜在高溫下的穩(wěn)定性不足，難以在高溫下長(zhǎng)時(shí)間地使用造成的。因此，本文以制備具有高穩(wěn)定性的鈀復(fù)合膜為目標(biāo)，選取具有優(yōu)良性質(zhì)的多孔鈦金屬板做支撐體，用氧化鋁（Al2O3）微粒對(duì)其進(jìn)行表面大孔修飾來(lái)改善支撐體表面狀況；用原位氧化的方法制備具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的陶瓷中間層，以該層為擴(kuò)散阻止層來(lái)解決高溫下鈀層與金屬支撐體直接的相擴(kuò)散問(wèn)題和化學(xué)性能匹配問(wèn)題，研究制備新型的高純氫氣分離用鈀復(fù)合膜。
　　因多孔陶瓷材料在鈀復(fù)合分離膜制備方面表現(xiàn)出了

3、諸多優(yōu)良性能，所以先系統(tǒng)地探索了實(shí)驗(yàn)室條件下的多孔陶瓷支撐體制備。主要考察了對(duì)多孔陶瓷材料孔徑、強(qiáng)度、孔隙率等會(huì)產(chǎn)生影響的因素。結(jié)果表明，燒結(jié)固化溫度對(duì)制備的多孔材料的強(qiáng)度影響最大；孔隙率的影響因素與孔徑的影響因素相同。尋找出了在實(shí)驗(yàn)室條件下的最佳制備方法。
　　以鈀/陶瓷復(fù)合膜的性能為標(biāo)準(zhǔn)，研究鈀/鈦、鈀/鈦鋁合金和鈀/不銹鋼復(fù)合膜在高溫、惰性氣氛中的穩(wěn)定性問(wèn)題，借助 SEM的BSE圖片和EDS元素線掃描圖片分析四種鈀復(fù)合膜的元

4、素分布情況和相擴(kuò)散程度。結(jié)果表明，在經(jīng)歷700℃、40 h的熱處理之后，鈀/陶瓷復(fù)合膜、鈀/鈦復(fù)合膜和鈀/鈦鋁合金復(fù)合膜都沒(méi)有發(fā)生相擴(kuò)散的跡象，鈀/不銹鋼復(fù)合膜發(fā)生了嚴(yán)重的相擴(kuò)散問(wèn)題。這表明以高熔點(diǎn)金屬制備的金屬基鈀復(fù)合膜在短時(shí)間的熱處理過(guò)程中可以表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。
　　研究了將表面修飾應(yīng)用于具有大孔缺陷的多孔鈦支撐體，以改善其表面狀況，并使用原位氧化的方法，在多孔鈦支撐體表面制備一層原位氧化層，并采用SEM圖片、XRD分析和

5、稱量法分析表征實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明，對(duì)多孔鈦支撐體進(jìn)行表面修飾可以很好的改善多孔鈦支撐體的大孔缺陷，在800℃、2 h的原位氧化條件下不僅可以在多孔鈦支撐體表面制備出完整的原位氧化層，還不會(huì)對(duì)支撐體的表面及內(nèi)部的孔道造成影響，可以保持支撐體原有的透氣性能，另外實(shí)驗(yàn)還證明了原位氧化對(duì)修飾用的氧化鋁顆粒具有一定的固定作用。
　　具有大孔缺陷的多孔鈦支撐體在經(jīng)過(guò)表面修飾和原位氧化處理之后，可以以其為支撐體制備出鈀層厚度約為25μm的鈀/陶

6、瓷/鈦復(fù)合膜，用透氫測(cè)試設(shè)備對(duì)其進(jìn)行氫氣分離測(cè)試。結(jié)果顯示該復(fù)合膜對(duì)N2沒(méi)有透過(guò)能力，說(shuō)明制備的鈀層是完整無(wú)缺陷的；在經(jīng)歷高溫、H2氣氛測(cè)試后發(fā)現(xiàn)修飾-原位氧化法所制備的陶瓷層沒(méi)有發(fā)生變化，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有相擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生的跡象，說(shuō)明所制備的鈀復(fù)合膜就有良好的穩(wěn)定性和抗相擴(kuò)散能力。
　　綜上所述，本文所涉及的內(nèi)容包含多孔陶瓷支撐體的制備；對(duì)金屬基鈀復(fù)合膜相擴(kuò)散現(xiàn)象的深入研究，證明了相比于研究較多的多孔不銹鋼支撐體，多孔鈦支撐體具有更好的