[發(fā)明專利]透氫鈀復合膜制備中缺陷的修補方法

有效

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• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104069741A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 張棟強;吳見洋;李搏
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: B01D65/10
• 分類號: B01D65/10
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

技術領域

本發(fā)明涉及透氫鈀復合膜制備中完整性缺陷的修補方法，用于制備鈀復合膜過程中缺陷的修補，用于制備具有超薄、致密鈀層的鈀復合膜。

技術背景

由于鈀膜具有優(yōu)異的選擇性透氫能力，良好的耐高溫性能，除了用作氫氣分離和純化器外，在加氫、脫氫反應器中也具有廣闊的應用前景。目前，研究者對鈀及其合金復合透氫膜進行了大量的研究并取得了顯著的成果，主要集中在鈀復合膜的制備及滲透測試。

目前，鈀復合膜在走向規(guī)模化應用過程中所面臨的挑戰(zhàn)主要有：1、由于鈀的價格比較昂貴，因此如何在保證膜層具有很好的完整性的同時不斷降低膜層的厚度，來增加膜的滲透通量，降低制備成本；2、怎樣選擇合適的支撐體，優(yōu)化鈀復合膜制備工藝，簡化制備過程，縮短制備時間；3、如何提高鈀復合膜在高溫及熱循環(huán)過程中復合膜的穩(wěn)定性，增加膜的使用壽命。

目前，鈀復合膜的制備方法主要有化學氣相沉積法（CVD）、物理氣相沉積法（PVD）、化學鍍法（ELP）、電鍍法（EPD）、光催化沉積法（PCD）等，每一種方法都有各自的優(yōu)缺點，其中化學鍍法是當前使用最為廣泛鈀復合膜制備方法。化學鍍又叫無電鍍，是在無外加電流的情況下，通過化學反應還原金屬鹽，同時，反應生成的金屬還能繼續(xù)催化該化學反應，從而實現(xiàn)金屬層的增長、增厚，形成連續(xù)的金屬膜。化學鍍幾乎可以在各種形狀和材質的載體上鍍膜，并且制備的膜層具有氣密性好、與支撐材料結合力高等諸多優(yōu)點，它已被公認為是制備多孔材料負載型金屬膜的最成功的首選方法。

除鍍膜技術和條件外，膜層質量的好壞還受到多孔支撐體的物理、化學特點的制約。多孔支撐體表面越光滑、孔徑越小，則容易制備出完整、致密的膜層，但這樣的支撐體的價格更高，且膜層與支撐體之間附著力較差；相反，低成本的多孔支撐體表面往往比較粗糙，孔徑較大且孔徑分布較寬，在這種支撐體表面容易制備附著力較高的膜層，但難以獲得完整、致密的膜層，增加膜的厚度固然是減少缺點的有效手段，但這樣會大大增加復合膜的制備成本，并且嚴重影響復合膜的滲透通量。有時候，膜缺陷僅僅只是一個或幾個孔缺陷，為此全面增加膜層厚度顯然是不可缺的。由于“馬太效應”的影響，毒液中的金屬粒子往往優(yōu)先沉積在已經(jīng)致密的膜上，因此，最好的辦法是對膜缺陷進行局部的修補，這對制備超薄、致密鈀復合膜尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了修補由于支撐體及制備工藝等原因造成的鈀復合膜中膜層的部分缺陷。

本發(fā)明是透氫鈀復合膜制備中缺陷的修補方法，其步驟為：

（1）將粒徑為1~100?nm的納米級鈀粉體，以溶劑的重量為基準，按照重量百分比0.05~20%的比例加入到有機溶劑或水中，通過加入以溶劑重量為基準的重量百分比為0.1~5%的分散劑和0.1~5%的增稠劑，制備出分散均勻、穩(wěn)定的納米鈀懸浮漿料；

（2）運用常規(guī)化學鍍法在潔凈后的多孔支撐體上制備出厚度為0.1~5?μm的鈀膜；

（3）將步驟（2）中制備的鈀復合膜浸入到步驟（1）中所制備的納米鈀懸浮漿料中進行浸漿吸附，根據(jù)毛細過濾時在缺陷處優(yōu)先吸附的原理，利用抽負壓的方法，將懸浮漿料中的納米鈀粉體吸附在鈀復合膜表面的缺陷處，浸漿時間為10~300秒，實現(xiàn)粉體對缺陷處的填充、修補；

（4）將在步驟（3）中用納米鈀粉體修補后的鈀復合膜放入常規(guī)的化學鍍?nèi)芤褐羞M行化學鍍鈀，最終制備出超薄、致密的鈀復合膜。

本發(fā)明的有益效果是：能對由于支撐體及制備工藝等原因造成的鈀復合膜的膜層的部分缺陷進行有效的修補，使得膜層可以在很薄的情況下實現(xiàn)完整、致密的要求，實現(xiàn)了不影響氫氣選擇性的同時降低成本、增加氫氣通量的目的。本發(fā)明具有操作簡單、節(jié)省勞動量的特點。本發(fā)明方法制備的鈀復合膜的膜層表面平整度高、光澤度好、膜層均勻、支撐體結合力高。

附圖說明

圖1是鈀復合膜制備方法步驟（1）的示意圖，圖2是步驟（2）的示意圖，圖3是步驟（3）的示意圖，圖4是步驟（4）的示意圖，圖5是實例一所制備的鈀復合膜表面SEM圖，圖6是實例一所制備的鈀復合膜XRD圖。

具體實施方式

本發(fā)明的技術方案為：根據(jù)毛細過濾時在缺陷處優(yōu)先吸附的原理，利用抽負壓的方法，在化學鍍鈀過程中采用納米鈀微粒對缺陷的有效修補，最終制備出具有超薄、致密、完整性好的鈀層的鈀復合膜。

如圖1~圖4所示，本發(fā)明是透氫鈀復合膜制備中缺陷的修補方法，其步驟為：