一种用于氢气分离的复合膜制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于氢气分离的复合膜。本实用新型专利技术的复合膜包括支撑体，在所述支撑体的两侧分别设有碳化钒薄膜。本实用新型专利技术的复合膜具有优异的氢催化解离性能，在高温环境中表现出良好的稳定性，具有氢渗透性好、产氢效率高、操作温度范围宽、成本低等优势，在高纯氢生产领域具有广阔的应用前景。纯氢生产领域具有广阔的应用前景。纯氢生产领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于氢气分离的复合膜


[0001]本技术涉及氢气分离
，尤其是涉及一种用于氢气分离的复合膜。

技术介绍

[0002]近年来，世界范围内的环境问题使得有必要寻找新的清洁能源来替代传统的化石燃料。氢气作为一种零排放燃料，可作为清洁能源的载体，已引起广泛关注。膜法生产高纯氢在化工、石化等行业是一种可行的、高效的方法。
[0003]在氢分离膜中，钯膜和钯合金膜虽然表现出良好的透氢性能(高的透氢性和独特的选氢性)，然而具有如下缺陷：1)纯Pd膜暴露在H2、温度低于300℃环境下会发生α-β相变，导致氢脆；2)高温热处理可能会导致Pd基合金膜产生裂纹/针孔；3)提纯环境中的杂质气体与钯合金表面的竞争吸附和形成钯化合物，导致Pd中毒。因此，钯/钯合金膜的热稳定性和化学稳定性是其商业化应用的主要障碍之一。此外，钯金属储量少、价格昂贵，进一步限制了该合金膜的商业化应用。因此，丞待寻找能够替代Pd合金的非贵金属材料。
[0004]体心立方(bcc)的铌、钽、钒等金属的理论氢渗透率高于面心立方(fcc)钯金属，且成本比钯要低2-3个数量级，限制其发展的因素是，它们相对于钯金属对氢解离的催化活性可以忽略不计。目前，这个问题典型的解决方法是在本体膜金属的两侧镀一层薄薄的铂族金属氢解离催化剂层。钯和钯合金是最常用的催化剂层，然而其增加了膜的成本，且因氢解离催化剂层的渗透性较低，从而降低了氢的传输速率。更重要的是，由于高温导致Pd和BCC金属之间的金属间扩散，逐渐降低了氢的渗透性，从而这些金属催化剂的使用限制了膜的可操作温度范围。
[0005]鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种用于氢气分离的复合膜，该复合膜具有优异的氢催化解离性能，在高温环境中表现出良好的稳定性，具有氢渗透性好、产氢效率高、操作温度范围宽、成本低等优势。
[0007]本技术提供一种用于氢气分离的复合膜，包括支撑体，在所述支撑体的两侧分别设有碳化钒薄膜。
[0008]进一步地，所述支撑体为致密金属层、致密金属合金层、多孔金属层或多孔陶瓷层。
[0009]进一步地，所述致密金属层为钒金属层、铌金属层、钽金属层、钼金属层、镍金属层、钛金属层、钯金属层或铂金属层。
[0010]进一步地，所述致密金属合金层为钒镍合金层、钒铜合金层、钒铁合金层、钒铝合金层、钒-钴合金层、钒钼合金层、钒钨合金层、钒钛镍合金层、钒铁铝合金层、钒钼钨合金层、铌钛镍合金层、铌钛钴合金层或铌钼钨合金层。
[0011]进一步地，所述多孔金属层为多孔不锈钢层或多孔钛铝合金层。
[0012]进一步地，所述多孔陶瓷层为多孔氧化铝层、多孔氧化锆层或沸石层。
[0013]进一步地，所述支撑体的厚度为20-2000μm。
[0014]进一步地，所述支撑体为片状或管状。
[0015]进一步地，所述碳化钒薄膜的厚度为5-500nm。
[0016]进一步地，所述碳化钒薄膜的厚度为10-60nm。
[0017]本技术的氢气分离复合膜在支撑体的两侧分别设置碳化钒薄膜，其避免了使用贵金属Pd及其合金，降低了复合膜的成本；该复合膜具有较高的氢催化解离性能，在高温环境中仍然表现出良好的稳定性，提高了复合膜的氢渗透性，解决了复合膜的操作温度范围窄等问题，在高纯氢生产领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本技术复合膜的结构示意图；
[0020]图2为本技术复合膜的渗氢过程示意图；
[0021]图3为本技术复合膜的单侧截面SEM图；
[0022]图4为本技术复合膜表面XRD图；
[0023]图5为实施例1-3和对照例1-2的复合膜的渗氢流量图；
[0024]图6为的试验例复合膜的渗氢持久图。
[0025]附图标记说明：
[0026]1：支撑体；2：碳化钒薄膜。
具体实施方式
[0027]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0028]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0029]下面将结合实施例对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0030]实施例1
[0031]如图1所示，本实施例的用于氢气分离的复合膜包括支撑体1，在支撑体1的两侧分别设有碳化钒薄膜2；其中，支撑体1为市售纯钒箔圆片，厚度为100μm，直径为20mm，表面抛
光处理；碳化钒薄膜2中钒与碳的摩尔比为1：1。
[0032]本实施例的用于氢气分离的复合膜可以通过如下方式制备：
[0033]1、支撑体预处理
[0034]依次采用分析纯丙酮和无水乙醇对钒箔超声清洗10min，重复2-3次，再使用去离子水冲洗1分钟，最后放在平养皿中并置于干燥箱内于120℃下烘干。
[0035]2、支撑体清洗
[0036]将上述预处理好的钒箔和碳化钒(原子比1:1)靶材分别安置在磁控溅射镀膜腔室的样品台和靶头上，使用分子泵将腔室的真空度抽至10-4Pa以下，设置电子束流50mA，氩气流速5sccm，腔室压力0.5Pa，使用氩离子束对钒箔表面清洗30min。
[0037]3、镀碳化钒薄膜
[0038]将钒箔加热至400℃，设置偏压为0，溅射功率为50W，腔室压力1.0Pa，对碳化钒靶材预溅射5min，对靶材表面污染物清洗处理完成后，将溅射功率提高到200W，时间20min，将钒箔表面镀一层碳化钒薄膜。
[0039]随后，将钒箔翻面，重复上述步骤，将钒箔另一侧镀一层碳化钒薄膜，取出，即制得上述复合膜。
[0040]复合膜的渗氢过程如图2所示，实物截面SEM图如图3所示，表面表征XRD如图4所示。图3结果表明：磁控溅射碳化钒膜的致密性良好；图4结果表明：磁控溅射制备得到钒碳比为1:1的碳化钒膜，基体温度400℃条件下，碳化钒膜结晶度最高。
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氢气分离的复合膜，其特征在于，包括支撑体，在所述支撑体的两侧分别设有碳化钒薄膜。2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述支撑体为致密金属层、致密金属合金层、多孔金属层或多孔陶瓷层。3.根据权利要求2所述的复合膜，其特征在于，所述致密金属层为钒金属层、铌金属层、钽金属层、钼金属层、镍金属层、钛金属层、钯金属层或铂金属层。4.根据权利要求2所述的复合膜，其特征在于，所述致密金属合金层为钒镍合金层、钒铜合金层、钒铁合金层、钒铝合金层、钒-钴合金层、钒钼合金层、钒钨合金层、钒钛镍合金层、钒铁铝合金层、钒钼钨合金层、铌钛镍合金层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新中，黄浩然，李新华，
申请(专利权)人：李新中，
类型：新型
国别省市：