一种多层选择性氢渗透复合膜及其制备和应用制造技术

本发明专利技术提供一种多层选择性氢渗透复合膜，属于渗氢技术领域。包括对氢气透过率高的金属基材层，对氢具有催化活性和透过性的金属层以及对质子氢具有选择性透过的单层石墨烯膜；其中，所述金属基材层为铌或铌与其它金属元素组成的金属合金，所述金属层为钯或钯与其它元素组成的金属合金。本发明专利技术还提供多层选择性氢渗透复合膜的制备方法。本发明专利技术的多层选择性氢渗透复合膜可有效阻止金属层中金属原子、金属基材层中金属原子的高温互扩散同时不影响复合膜的氢渗透率，可延长复合膜的使用寿命。本发明专利技术的多层选择性氢渗透复合膜材料，特别适用于通过选择性扩散将氢气从气体混合物中分离。

【技术实现步骤摘要】
一种多层选择性氢渗透复合膜及其制备和应用
本专利技术涉及渗氢
，具体为一种多层选择性氢渗透复合膜及其制备和应用。
技术介绍
在可控热核聚变反应堆的氘氚燃料循环处理工艺以及先进氢能源利用的制氢、储氢及氢氧燃料电池工艺中，涉及到大量将氢或其同位素(氘、氚)从其所含的混合气体中有效分离并进一步纯化的操作。膜分离技术，作为相对较新且快速发展的技术，具有节能、环保和费用低等优势，在工业上得到了广泛应用。致密金属膜由于具有氢选择分离性高、机械强度好、成型容易等优点，被认为是下一代理想的氢分离膜材料。钯及其合金膜是工业上常见的氢分离膜，但其高昂价格限制了其广泛应用。铌等VB族过渡金属具有成本低、氢渗透系数高、机械强度好等优点，但其表面缺乏对氢分子的解离能力。将钯与铌相结合形成的钯-铌-钯复合膜由于具有良好的氢渗透性和力学性能，被认为是下一代理想的氢分离提纯材料。然而，高温下钯、铌原子容易产生相互扩散，形成NbPd3化合物，进而严重降低复合膜的氢渗透性。因此，需要设计一种能阻隔钯、铌原子高温互扩散且不影响氢渗透率的复合膜。为了解决钯、铌原子高温互本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层选择性氢渗透复合膜，其特征在于，包括对氢气透过率高的金属基材层，对氢具有催化活性和透过性的金属层以及对质子氢具有选择性透过的单层石墨烯膜；其中，所述金属基材层为铌或铌与其它金属元素组成的金属合金，所述金属层为钯或钯与其它元素组成的金属合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层选择性氢渗透复合膜，其特征在于，包括对氢气透过率高的金属基材层，对氢具有催化活性和透过性的金属层以及对质子氢具有选择性透过的单层石墨烯膜；其中，所述金属基材层为铌或铌与其它金属元素组成的金属合金，所述金属层为钯或钯与其它元素组成的金属合金。


2.如权利要求1所述一种多层选择性氢渗透复合膜，其特征在于，所述复合膜的组合顺序为金属层、单层石墨烯膜、金属基材层、单层石墨烯膜以及金属层。


3.如权利要求1或2所述一种多层选择性氢渗透复合膜，其特征在于，所述金属基材层为铌或铌与钛、镍、钽、锆、铪、钴金属元素中的一种或几种组成的金属合金。


4.如权利要求1或2所述一种多层选择性氢渗透复合膜，其特征在于，所述金属基材层的晶体形态为单晶、纳米晶或微米晶中的任意一种，所述金属基材层的晶粒尺寸为20nm～200μm。


5.如权利要求1或2所述一种多层选择性氢渗透复合膜，其特征在于，所述金属层为钯或钯与镍、钌、铜元素组成的连续或不连续金属合金膜，厚度小于200nm。


6.如权利要求1或2所述一种多层选择性氢渗透复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)金属基材层的表面处理
去除金属基材层表面大部分氧化层，然后经电解抛光、超声清洗后冷风吹干备用；
2)单层石墨烯膜的转移
采用快速转移法将预制单层石墨烯膜转移到表面处理后的金属基材层表面，制备单层石墨烯膜/金属基材层复合膜；
3)金属层的沉积
采用磁控溅射法在单层石墨烯膜/金属基材层复合膜的单层石墨烯膜面溅射一层金属膜，形成金属层/单层石墨烯膜/金属基材层复合膜；
4)金属层/单层石墨烯膜/金属基材层/单层...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亚昆，陈长安，邹东利，刘瑞东，邓立，李赣，叶小球，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51