滤气结构与过滤气体的方法技术

本发明专利技术涉及一种滤气结构，及过滤气体的方法。本发明专利技术的过滤气体的方法包括：提供滤气结构，且滤气结构包括：多孔支撑层；以及第一滤气膜对，位于多孔支撑层上，其中第一滤气膜对包括：第一氢气渗透层与第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层，且第一氢气渗透层位于多孔支撑层与第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层之间；在该第一滤气膜对的上方提供含氢气的混合气体；以及在多孔支撑层的下方收集氢气。本发明专利技术的滤气结构及过滤气体的方法可以较高地氢气渗透率来纯化氢气。

The Structure of Gas Filtration and the Method of Gas Filtration

The invention relates to a filter structure and a method for filtering gas. The method for filtering gas of the invention includes: providing a filter structure, and the filter structure comprises a porous support layer; and a first filter membrane pair, which is located on the porous support layer, wherein the first filter membrane pair comprises a first hydrogen permeable layer and a first burnt layered bimetallic hydroxide layer, and the first hydrogen permeable layer is located on the porous support layer and a layered bimetallic layer after the first forging and burning. Between the hydroxide layers; a mixture of hydrogen-containing gases is provided above the first filter membrane pair; and hydrogen is collected below the porous support layer. The filter structure of the invention and the method of filtering gas can purify hydrogen with high hydrogen permeability.

【技术实现步骤摘要】
滤气结构与过滤气体的方法
本专利技术是关于纯化氢气的方法，更特别关于其采用的滤气结构。
技术介绍
石化燃料重组产氢技术是氢能源推广上的重要技术之一。然而各种石化燃料重组产氢技术的研究发展，最后都要面对氢气与不纯物分离的问题。目前针对各别不纯物的性质，可利用变压吸附、冷冻与合金吸附等方法处理，各方法依其适用性皆能过滤出高纯度的氢气，但往往机制过于复杂，消耗成本甚高。在众多方法中，利用薄膜分离法过滤氢气的优势在于结构单纯，将渗透层直接作为滤网使用，从混合气氛中将氢气分离出来。然而利用重组技术产生的混合气成分，如一氧化碳、二氧化碳与甲烷等会对膜层造成不同程度的毒化，影响氢气渗透层长期使用的稳定性。从能源效率角度来看，目前利用重组产氢技术所产生的氢气浓度约为60-70％与浓度更低的工业余氢(氢气浓度＜50％)仍达不到实质效益，亦是当前国内相关厂商，对于氢能源使用或回收踌躇不前的原因之一。因此若能将薄膜分离纯化氢气技术提升其实用性，亦是对氢能源使用的推展一大帮助。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氢气渗透率较高的滤气结构，以及采用该滤气结构过滤气体以纯化氢气的方法。本专利技术一实施例提供的滤气结构，包括：多孔支撑层；以及第一滤气膜对，位于多孔支撑层上，其中第一滤气膜对包括：第一氢气渗透层与第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层，且第一氢气渗透层位于多孔支撑层与第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层之间。在一些实施例中，多孔支撑层包括不锈钢、陶瓷、或玻璃。在一些实施例中，多孔支撑层的孔洞填有填充粒子、多孔支撑层的表面改质有另一锻烧后的层状双金属氢氧化物层、或上述的组合。在一些实施例中，第一氢气渗透层包括钯、银、铜、金、镍、铂、铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、或上述的组合。在一些实施例中，第一氢气渗透层的厚度介于1微米至20微米之间。在一些实施例中，层状双金属氢氧化物的结构为：[MII1-xMIIIx(OH)2]An-x/n·mH2O，其中MII是Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ni2+、Co2+、或Cu2+；MIII是Al3+、Cr3+、Fe3+、或Sc3+；An-是CO32-、Cl-、NO3-、SO42-、PO43-、或C6H4(COO-)2；以及x介于0.2至0.33之间。在一些实施例中，部分的或全部的MII被取代为Li+。在一些实施例中，第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层的厚度介于1微米至50微米之间，且层间距介于至之间。在一些实施例中，第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层含有CO32-的官能基。在一些实施例中，滤气结构更包括第二滤气膜对于第一滤气膜对上，其中第二滤气膜对包括：第二氢气渗透层与第二锻烧后的层状双金属氢氧化物层，且第二氢气渗透层位于第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层与第二锻烧后的层状双金属氢氧化物层之间。在一些实施例中，第一氢气渗透层与第二氢气渗透层的总厚度介于1微米至16微米之间。本专利技术一实施例提供的过滤气体的方法，包括：提供滤气结构，且滤气结构包括：多孔支撑层；第一滤气膜对，位于多孔支撑层上，其中第一滤气膜对包括：第一氢气渗透层与第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层，且第一氢气渗透层位于多孔支撑层与第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层之间；在该第一滤气膜对的上方提供含氢气的混合气体；以及在多孔支撑层的下方收集氢气。在一些实施例中，氢气依序穿过第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层、第一氢气渗透层、与多孔支撑层。在一些实施例中，第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层的形成方法包括：形成层状双金属氢氧化物于氢气渗透层上；加热层状双金属氢氧化物到300℃至500℃之间，以形成第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层。在一些实施例中，滤气结构更包括第二滤气膜对于第一滤气膜对上，其中第二滤气膜对包括：第二氢气渗透层与第二锻烧后的层状双金属氢氧化物层，且第二氢气渗透层位于第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层与第二锻烧后的层状双金属氢氧化物层之间。在一些实施例中，氢气依序穿过第二锻烧后的层状双金属氢氧化物层、第二氢气渗透层、第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层、第一氢气渗透层、与多孔支撑层。与现有技术相比，本专利技术的滤气结构可以提供较高的氢气渗透率；并且，采用本专利技术的滤气结构，从混合气体中纯化氢气时，具有更好的选择性。附图说明图1A是本专利技术一实施例的滤气结构的示意图；图1B是本专利技术另一实施例的滤气结构的示意图；图1C是本专利技术再一实施例的滤气结构的示意图；图2A至图2D是本专利技术制备例2和制备例4所得的滤气结构表面的显微镜照片；图3A至图3D是本专利技术制备例2和制备例4所得的滤气结构剖面的显微镜照片；图4是示出本专利技术的比较例1和实施例2中的不同温度的氢气穿过滤气结构后的氢气渗透率；图5是示出本专利技术的比较例1和实施例2中的不同温度的氢气与氮气穿过滤气结构的选择率；图6是示出本专利技术的实施例3中的甲醇重组气体穿过滤气结构后的一氧化碳浓度；图7是示出本专利技术的实施例3中的甲醇重组气体穿过滤气结构后的甲烷浓度；图8是示出本专利技术的实施例4中的在甲醇重组气体长时间地穿过滤气结构后氢气与氮气穿过滤气结构的通量比较；其中，符号说明：FP滤气膜对；11多孔支撑层；12A、15锻烧后的层状双金属氢氧化物层；12B填充粒子；13氢气渗透层；31混合气体；33氢气；100滤气结构。具体实施方式本专利技术一实施例提供的滤气结构100如图1A所示，包括：多孔支撑层11；以及滤气膜对FP，位于，位于多孔支撑层11上。滤气膜对FP包含氢气渗透层13与锻烧后的层状双金属氢氧化物层15，且氢气渗透层13位于多孔支撑层11与锻烧后的层状双金属氢氧化物层15之间。在一实施例中，多孔支撑层11包括不锈钢、陶瓷、或玻璃，且其孔隙大小介于1微米至100微米之间。若多孔支撑层11的孔隙过小，则导致整体气体通过量太低。若多孔支撑层11的孔隙过大，则导致渗透层需较高的膜厚才可覆盖孔隙，降低其实用价值(膜较厚则成本高且氢气通量低)。一般而言，陶瓷与玻璃具有较均匀的孔隙大小与分布，但其加工性较差，难以与其他构件整合。不锈钢较易与其他构件整合，但其孔隙大小与分布较不均匀。在其他实施例中，可改质不锈钢的多孔支撑层表面，以改善其孔隙不均匀的问题，并降低后续形成氢气渗透层所需的厚度。举例来说，可在不锈钢的多孔支撑层11表面上披覆层状双金属氢氧化物层后锻烧，以形成锻烧后的层状双金属氢氧化物层12A。层状双金属氢氧化物层的形成方法可为共沉淀法、水热合成法、离子交换法、或上述的组合。锻烧层状双金属氢氧化物层的方法可为常压大气下加热到300℃至450℃之间。若锻烧层状双金属氢氧化物层的温度过低，则无法去除层间的水与氢氧根离子，可能会阻碍氢气渗透，导致氢气透过量降低。若锻烧层状双金属氢氧化物层的温度过高，则不锈钢材可能会软化变形。在一实施例中，上述锻烧后的层状双金属氢氧化物层12A的厚度介于1微米至10微米之间。若锻烧后的层状双金属氢氧化物层12A的厚度过薄，则无保护层的作用。若锻烧后的层状双金属氢氧化物层12A的厚度过厚，则增加成本。另一方面，可将粒径介于1微米至30微米的填充粒子12B如氧化铝、氧化硅、氧化钙、氧化铈、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化锆、或上述的组合填入多孔支撑层11的孔洞中。若填充粒子1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滤气结构，包括：多孔支撑层；以及第一滤气膜对，位于所述多孔支撑层上，其中所述第一滤气膜对包括：第一氢气渗透层与第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层，且所述第一氢气渗透层位于所述多孔支撑层与所述第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层之间。

【技术特征摘要】
2017.07.12 TW 106123313;2018.05.18 TW 1071169921.一种滤气结构，包括：多孔支撑层；以及第一滤气膜对，位于所述多孔支撑层上，其中所述第一滤气膜对包括：第一氢气渗透层与第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层，且所述第一氢气渗透层位于所述多孔支撑层与所述第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层之间。2.如权利要求1所述的滤气结构，其中所述多孔支撑层为不锈钢、陶瓷、或玻璃。3.如权利要求1所述的滤气结构，其中所述多孔支撑层的孔洞填有填充粒子、所述多孔支撑层的表面改质有另一锻烧后的层状双金属氢氧化物层、或上述的组合。4.如权利要求1所述的滤气结构，其中所述第一氢气渗透层为钯、银、铜、金、镍、铂、铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、或上述的组合。5.如权利要求1所述的滤气结构，其中所述第一氢气渗透层的厚度介于1微米至20微米之间。6.如权利要求1所述的滤气结构，其中所述层状双金属氢氧化物的结构为：[MII1-xMIIIx(OH)2]An-x/n·mH2O，其中MII是Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ni2+、Co2+、或Cu2+；MIII是Al3+、Cr3+、Fe3+、或Sc3+；An-是CO32-、Cl-、NO3-、SO42-、PO43-、或C6H4(COO-)2；以及x介于0.2至0.33之间。7.如权利要求6所述的滤气结构，其中部分的或全部的MII被取代为Li+。8.如权利要求1所述的滤气结构，其中所述第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层的厚度介于1微米至50微米之间，且层间距介于至之间。9.如权利要求1所述的滤气结构，其中所述第一锻烧后的层状双金属氢氧化物层含有CO32-的官能基。10.如权利要求1所述的滤气结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪岩勳，黄军儒，林育立，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71