一种氢气分离膜及制备方法技术

本发明专利技术公开一种氢气分离膜及制备方法，涉及氢气分离材料技术领域，以解决现有技术制备高纯氢气时，有机高分子膜材料的气体选择性能和渗透性能差的问题。该氢气分离膜包括：氢气分离膜包括碳基纤维膜，所述碳基纤维膜的骨架为多孔纳米网状结构，所述多孔纳米网状结构由多孔材料形成。本发明专利技术提供的氢气分离膜及制备方法用于提高氢气分离膜的气体选择性和渗透性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气分离膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及氢气分离材料
，尤其涉及一种氢气分离膜及制备方法。

技术介绍

[0002]氢气为环保和清洁能源，是重要的工业原料和清洁燃料。由于工业生产的氢气中通常含较多有害杂质气体，无法直接应用，需要进行氢气分离。膜分离法装置结构简单、转换高效、投资成本低且环境友好，在氢气分离领域应用前景广阔，氢气分离膜的性能是影响氢气分离过程效率的决定性因素。
[0003]目前，一般使用有机高分子膜材料进行氢气分离。然而制备高纯氢气时，有机高分子膜材料的筛分性能和渗透性能还达不到理想需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种氢气分离膜及制备方法，实现了氢气分离膜的高气体选择性和高渗透性，可以分离出纯度高的氢气。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种氢气分离膜，氢气分离膜包括碳基纤维膜，所述碳基纤维膜的骨架为多孔纳米网状结构，所述多孔纳米网状结构由多孔材料形成。
[0006]与现有技术相比，本专利技术提供的氢气分离膜具有以下优势：
[0007]本专利技术提供的氢气分离膜，包括碳基纤维膜，所述碳基纤维膜的骨架为多孔纳米网状结构，所述多孔纳米网状结构由多孔材料形成。同时，碳基纤维膜含有的碳纤维之间彼此交错连接，形成了便于离子和电子传输的多孔结构。也就是说，碳基纤维膜的多孔网状结构，可以使得氢气分离膜具有大量的孔隙。当进行氢气分离时，氢气会利用分具有多孔网状结构的碳基纤维膜进行渗透，大量的孔隙可以大大增加氢气的渗透性，从而可以实现氢气分离膜的高气体选择性。而且，碳基纤维膜还具有优异的机械柔性、良好的化学稳定性和环境友好性，可以延长氢气分离膜的使用寿命，提高氢气分离膜的适用范围。
[0008]由上可见，本专利技术提供的氢气分离膜，可以提高氢气的气体选择性，延长氢气分离膜的使用寿命。
[0009]第二方面，本专利技术还提供一种氢气分离膜的制备方法，包括：
[0010]通过纺丝工艺将铸膜液制成中空纤维膜前驱体；
[0011]将所述中空纤维膜前驱体热处理为氢气分离膜；其中，所述铸膜液含有聚合物、有机溶剂、纳米纤维素以及多孔材料。
[0012]与现有技术相比，本专利技术提供的氢气分离膜的制备方法的有益效果与第一方面氢气分离膜的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
[0013]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0014]图1为本专利技术实施例的氢气分离膜的制备流程图；
[0015]图2为本专利技术实施例的均相铸膜液的制备流程图。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0017]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
[0018]氢气已被公认为环保和清洁能源，是重要的工业原料和清洁燃料。氢能作为未来能源体系的重要组成部分，将广泛应用于工业、交通运输、建筑供暖等难以脱碳的行业以及其他新兴行业。大幅增长的氢能需求对制氢的效率、成本、品质等提出了直接要求，由于工业生产的氢气中通常含较多有害杂质气体，无法直接应用，氢气分离具有重要的经济和社会价值，膜分离法装置结构简单、转换高效、投资成本低且环境友好，在氢气分离领域应用前景广阔。氢气分离膜的性能是影响氢气分离过程效率的决定性因素。
[0019]氢气分离膜是利用“分子筛”的原理，氢气分离膜上存在只允许氢分子通过的均质细孔，比这个孔大的分子无法通过，从而分离出氢和氢之外的物质。目前，一般使用有机高分子膜材料进行氢气分离。然而制备高纯氢气时，有机高分子膜材料的筛分性能和渗透性能还达不到理想需要。
[0020]针对上述问题，本专利技术实施例提供一种氢气分离膜，以提高氢气分离膜的气体选择性和渗透性，从而可以分离出纯度高的氢气。
[0021]本专利技术实施例提供的氢气分离膜包括碳基纤维膜，所述碳基纤维膜的骨架为多孔纳米网状结构，所述多孔纳米网状结构由多孔材料形成。应理解，碳基纤维膜包括中空纤维状碳基纤维膜和/或平板状碳基纤维膜，属于均质膜，整体为连续多孔纳米网状结构。
[0022]本专利技术提供的氢气分离膜，包括碳基纤维膜，所述碳基纤维膜的骨架为多孔纳米网状结构，所述多孔纳米网状结构由多孔材料形成。同时，碳基纤维膜含有的碳纤维之间彼此交错连接，形成了便于离子和电子传输的多孔结构。也就是说，碳基纤维膜的的多孔网状结构，可以使得氢气分离膜具有大量的孔隙。当进行氢气分离时，氢气会利用具有多孔网状结构的碳基纤维膜进行渗透，大量的孔隙可以大大增加氢气的气体选择性，从而可以实现氢气分离膜的高渗透性。而且，碳基纤维膜还具有优异的机械柔性、良好的化学稳定性和环境友好性，可以延长氢气分离膜的使用寿命，提高氢气分离膜的适用范围。
[0023]在一种可选方式中，本专利技术实施例的多孔纳米网状结构含有的微孔的孔径为0.3nm～0.6nm。本专利技术实施例的碳基纤维膜靠近皮层(即膜表面)的多孔网络结构所含有的微孔比较致密。因此，可以使得在进行氢气分离时，孔径尺寸介于待分离的关键组分(如氢气和氮气分离)的动力学直径之间，动力学直径较小的氢气(0.289nm)透过孔道，动力学直径相对较大的氮气(0.364nm)不容易穿过孔道，从而达到H2/N2气体分离的目的。
[0024]本专利技术实施例的中空纤维状碳基纤维膜为具有中空内腔的纤维丝状膜，具有自支
撑作用。当进行氢气分离时，具有中空内腔的纤维丝状的中空纤维碳膜具有很好的选择性渗透性，大大提高了氢气的气体选择性。
[0025]示例性的，本专利技术实施例的多孔材料包括金属烧结体和/或沸石分子筛，其中，金属烧结体包括纳米镍粉轻烧结体、纳米银粉轻烧结体和纳米铝粉轻烧结体中的至少一种，优选为纳米镍粉轻烧结体，金属烧结体具有氢吸附功能，金属烧结体的比表面积为20m2/g～27m2/g，金属烧结体的粒径为10nm～20nm，沸石分子筛的孔径小于应理解，金属烧结体为在较低温度下烧结后可以形成海绵状的轻烧结体，金属烧结体的烧结过程是一个渐进的过程，金属烧结体是随着烧结时间的增加，由无序的纳米微粉状态而逐渐收缩，形成有序的轻烧结结构。当多孔材料包括金属烧结体，金属烧结体的粒径为10nm～20nm，金属烧结体的比表面积为20m2/g～27m2/g时，金属烧结体可以生成微孔过滤器，作为吸附氢气等的储藏材料，提高了对氢气的吸附能力。当金属烧结体为纳米镍粉轻烧结体，纳米镍粉轻烧结体具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气分离膜，其特征在于，所述氢气分离膜包括碳基纤维膜，所述碳基纤维膜的骨架为多孔纳米网状结构，所述多孔纳米网状结构由多孔材料形成。2.根据权利要求1所述的氢气分离膜，其特征在于，所述多孔纳米网状结构含有的微孔的孔径为0.3nm～0.6nm。3.根据权利要求1所述的氢气分离膜，其特征在于，所述碳基纤维膜包括中空纤维状碳基纤维膜和/或平板状碳基纤维膜。4.根据权利要求1所述的氢气分离膜，其特征在于，所述多孔材料包括金属烧结体和/或沸石分子筛，金属烧结体包括纳米镍粉轻烧结体、纳米银粉轻烧结体和纳米铝粉轻烧结体中的至少一种。5.根据权利要求4所述的氢气分离膜，其特征在于，所述金属烧结体具有氢吸附功能，所述金属烧结体的比表面积为20m2/g～27m2/g，所述金属烧结体的粒径为10nm～20nm，所述沸石分子筛的孔径小于6.一种氢气分离膜的制备方法，其特征在于，包括：通过纺丝工艺将均相铸膜液制成中空纤维膜前驱体；将所述中空纤维膜前驱体热处理为氢气分离膜；其中，所述铸膜液含有聚合物、有机溶剂、纳米纤维素以及多孔材料。7.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佃凤，汤秀秀，郁国强，徐丽丽，吴立群，
申请(专利权)人：山东仁丰特种材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：