制造复合金属气体分离膜的方法技术

一种制造复合气体分离组件的方法，通过以下方式实施：提供其上沉积有金属膜层的多孔载体材料；以及在所述金属膜层的表面上施加包括研磨图案和相对高的表面粗糙度的某种表面特征，所述某种表面特征提供增强在其上铺置随后的金属膜层的表面活化，而无需使用化学活化溶液。该复合气体分离组件可用于从含氢气的气流中分离氢气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造和修复用于从各种气体混合物中分离特定气体的复合气体分离组件的方法。
技术介绍
复合气体分离组件通常用于从气体混合物中选择性分离特定气体。这些复合气体分离组件可由多种材料制成，但是最常使用的两种材料是聚合物和金属复合材料。虽然聚合物膜能为低温下气体分离提供有效的和节省成本的选择，但它们常常不适合需要较高温度和压力的气体分离过程；因为，它们易于热分解。随着更严格的环境规范，高温处理的需求要求能提供高通量、高选择性和高温下运行能力的复合气体分离组件。现有技术公开了负载在多孔基体上且可用于高温气体分离应用的气体分离膜的多种类型和用于其制备的方法。许多用于将薄的、致密的、气体选择性膜层沉积在多孔基体上的已知技术使用常导致表面厚度不均一的技术。美国专利号7，390，536中描述了用以制造具有更均一厚度的膜而开发的一种技术。该专利公开了一种通过以下方式制造复合气体分离组件的方法:将第一材料沉积于多孔基体上，从而形成经涂覆的基体；可对所述基体研磨或抛光以从其表面去除不利的形态，从而形成经抛光的基体。随后，可沉积气体选择性金属(例如钯或钯合金)以在所述多孔基体上形成致密的气体选择性膜。然而，其中没有提出所述研磨或抛光可用于向膜层的表面提供增强的活化性质，以致于不需要化学活化或通过在所述表面接种氢气选择性材料的核而进行活化。事实上，美国专利号7，390，536明确公开了在抛光后，在沉积随后的气体选择性金属层之前，应对经抛光的多孔基体的表面进行化学活化。美国专利公布号2009/0120287公开了另一种制备钯复合气体分离组件的方法，其提供了制备金属复合气体分离膜系统的方法。所述膜系统可包含多孔载体，覆盖在所述多孔载体上的第一气体选择性材料膜层、其中通过使用超细研磨料去除所述膜层的大部分以降低膜厚度，和覆盖在所述降低膜层上的第二气体选择性材料层。第一膜层可以包含通过多重镀覆(plating)循环沉积的钯。该钯膜层随后经研磨以去除大部分膜从而降低其厚度并抛光至更光滑的光洁面(finish)。第二钯层随后沉积在新的厚度降低的层上。研磨步骤提供膜厚度的降低，但是其没有提及这提供了具有增强活化性质的用于在其上铺置或沉积其它金属膜层的特定表面形态。在许多制备负载在多孔基体上的用于气体分离的金属膜的现有技术方法中，所述多孔基体的表面和金属层及膜的表面在其每次应用之间都需要通过将它们与活化溶液接触而进行表面活化。这种活化溶液的实例包括氯化亚锡(SnCl2)、氯化钯(PdCl2)、盐酸(HCl)和水的混合物。所述活化方法通常需要多次使用活化溶液，并间歇地干燥、和甚至退火。这些洗涤和干燥步骤是费力的，它们会产生有害的水性废物，且它们需要大量的时间来完成。活化钯表面的另一种方法利用了乙酸钯的氯仿溶液，并且包括所述乙酸盐的蒸发、干燥和分解，随后将其还原为钯金属晶种。用于活化金属表面的非化学方法公开于US 2011/0232821中。然而，所公开的方法使用的表面形态一特别是表面粗糙度一与本专利技术方法中所使用的表面形态不同。因此，希望具有制备薄的、致密的且厚度相对均一的负载型金属膜的方法，所述金属膜可用于气体分离。还希望所述方法在负载型金属膜的制造中允多重金属镀覆步骤且不需要载体和中间金属膜层的表面的中间化学活化。还希望所述方法在负载型金属膜制造中产生减少量的废物和挥发性有机溶剂。
技术实现思路
本专利技术提供了制造包含多个膜层的复合气体分离组件的高效且便宜的方法，其中不需在沉积随后的膜层之间使用化学表面活化。所述方法包括以下步骤:提供具有金属膜层的多孔载体；在所述金属膜层的表面上施加表面形态，所述表面形态提供具有增强的活化性质的活化表面，以用于在其上铺置随后的金属膜层，其中所述活化表面具有在下文中所述的研磨图案以及一定的平均表面粗糙度；将所述随后的金属膜层铺置到所述活化的表面上；和退火所述随后的金属膜层以提供退火的金属膜层。【具体实施方式】本专利技术方法提供了薄的、致密的气体选择性膜的生产，所述方法使用多重金属镀覆步骤但是不需要在镀覆步骤之间使用活化溶液对镀覆金属表面进行中间处理。通过消除使用活化溶液的表面活化克服了许多与现有的表面活化技术相关的问题。例如，它减轻了在气体分离组件制造中因使用活化溶液活化载体和金属层表面而引起的较缓慢和不均匀的金属电镀的某些问题。本专利技术方法还提供了复合气体分离组件的总生产时间的缩短，所述复合气体分离组件应用了不使用化学活化溶液的活化技术来活化气体分离组件的载体和镀覆金属层的表面。因为未利用活化溶液，所以活化步骤之间不需要冲洗掉活化溶液。由于减少了通常由化学活化方法产生的水性废物和挥发性有机溶剂，消除使用活化溶液能提供更加环境友好过程的额外益处。因此，本专利技术方法提供用于气体分离膜系统或复合气体分离组件的制备、或修复、或其二者。本专利技术方法可包括向多孔载体上铺置气体选择性金属或材料的金属膜层，以提供具有可如本文中详细描述进行活化的表面的多孔载体和金属膜层，以使随后的金属膜层可更容易地铺置在上面。所述多孔载体也可用金属间扩散阻挡层涂覆，其中所述金属间扩散阻挡层可合适地置于所述多孔载体和所述金属膜层之间。合适的金属间扩散阻挡层在下文中更详细地论述。其上沉积有气体选择性金属膜层的多孔载体可包括适合于用作气体选择性材料的载体且是氢气可渗透的任何多孔金属材料。多孔载体可以是任何形状或几何形态；只要其具有允许在其上施加或沉积气体选择性材料的层的表面即可。这种形状可包括具有共同限定片层厚度的底面和顶面的多孔金属材料的平面或曲线片层，或者多孔基体的形状可以是管状的，例如长方形、正方形和圆形的管形状，其具有共同限定壁厚的内表面和外表面，并且管形的内表面限定了管状导管。在优选的实施方式中，多孔载体是圆柱状的。多孔金属材料可选自本领域技术人员已知的任何材料，包括但不限于，(I)不锈钢，例如，301、304、305、316、317 和 321 系列不锈钢，(2) HASTELLOY#合金，例如，HASTELLOYfl b-2、c-4、c-22、c-276、g-30、x 和其它，和(3) INCONEL?合金，例如INCONEL^合金600、625、690、和718。所述多孔金属材料因此可包含氢气可渗透的并包含铁和铬的合金。所述多孔金属材料还可包含其它合金金属，如镍、锰、钥和其任何组口 O一种特别理想的适合于用作多孔金属材料的合金可包含量的上限范围为合金总重量的约70重量％的镍和量的范围为合金总重量的10 - 30重量％的铬。另一种适合于用作多孔金属材料的合金包含30 - 70重量％范围的镍、12 - 35重量％范围的铬和5 —30重量％范围的钥，这些重量百分数是基于合金的总重量。铬镍铁合金优于其它合金。多孔金属基体的厚度(例如，如上所述的壁厚或片层厚度)、孔隙率和孔的孔径分布是为了提供具有期望性质的本专利技术的气体分离膜系统而选择的多孔载体的性质，其也是制造本专利技术的气体分离膜系统所需要的。应该理解，随着多孔载体的厚度增大，当多孔载体用于氢气分离应用时氢气通量将趋于降低。操作条件，如压力、温度和流体流组成，也可影响氢气通量。在任何情况下，理想地是使用具有适当小厚度的多孔载体以提供通过其的高气体通量。用于下面设计的典型应用的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造复合气体分离组件的方法，其中所述方法包括：提供其上具有带表面的金属膜层的多孔载体；通过使用研磨介质而在所述金属膜层的表面上施加表面形态，所述表面形态提供具有增强的活化性质的活化表面，以用于在其上铺置随后的金属膜层，其中所述活化表面具有研磨图案和在0.8μm以上至最高达2.5μm范围内的平均表面粗糙度(Sa)；将所述随后的金属膜层铺置到所述活化的表面上，而不用化学活化溶液进行进一步活化；和退火所述随后的金属膜层以提供退火的金属膜层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.20 US 61/577,7501.制造复合气体分离组件的方法，其中所述方法包括: 提供其上具有带表面的金属膜层的多孔载体； 通过使用研磨介质而在所述金属膜层的表面上施加表面形态，所述表面形态提供具有增强的活化性质的活化表面，以用于在其上铺置随后的金属膜层，其中所述活化表面具有研磨图案和在0.8μπι以上至最高达2.5μπι范围内的平均表面粗糙度(Sa)； 将所述随后的金属膜层铺置到所述活化的表面上，而不用化学活化溶液进行进一步活化；和 退火所述随后的金属膜层以提供退火的金属膜层。2.如权利要求1所述的方法,其中所述活化表面具有0.85 μ m到1.5 μ m范围内的平均表面粗糙度(Sa)。3.如权利要求2所述的方法，其中其表面经活化的所述金属膜层包含钯。4.如权利要求3所述的方法，其中金属间扩散阻挡层置于所述多孔载体和所述钯膜层之间。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·索凯蒂斯，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL