[發明專利]一種高比表面積鈀/聚合物復合膜的改進化學鍍方法

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• 申請號: 201711104451.X
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN109778152A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 李慧;徐恒泳;邵偉;唐春華
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C23C18/20
• 分類號: C23C18/20;C23C18/42
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種高比表面積鈀/聚合物復合膜的改進化學鍍方法。進行化學鍍前將聚合物膜表面進行親水處理，并在化學鍍過程中向鍍液內加入一定量的表面活性劑，以降低鍍液表面張力,促進鈀鍍液在孔道中的滲透，進而得到致密無缺陷的鈀/聚合物復合膜。該方法操作簡單，過程易控，能實現金屬鈀或其合金復合膜的無缺陷制備，并顯著提高金屬膜與聚合物基體的結合力和穩定性，適合用于規?；I生產。

技術領域

本發明涉及一種高比表面積鈀/聚合物復合膜的改進化學鍍方法，將金屬鈀或其合金膜通過化學鍍技術在聚合物纖維膜(包括纖維素醋酸酯(CA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚砜(PSF)等)表面形成致密膜，可用于氫氣的分離、純化和生產。

背景技術

氫能是公認的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。21世紀，我國和美國、日本、加拿大、歐盟等都制定了氫能發展規劃。世界各國正在研究如何能大量而廉價的生產氫。目前，工業氫氣首先通過天然氣、煤和輕烴生產含氫混合氣體(75～80％H₂)，隨后通過深冷分離或變壓吸附分離，氫氣進行提純，然而深冷分離和變壓吸附分離技術均具有能耗高和裝置投資大的缺點。

鈀膜技術被視為是最有潛力實現高純氫氣生產的技術。鈀膜具有獨特的氫氣溶解能力并且通過溶解-擴散機理透過氫氣，從而實現理論上無限大的氫氣選擇性和高氫氣透量。與常規氫氣分離技術如變壓吸附法，深冷法等相比，鈀膜分離技術具有占地少、投資少、能耗低以及操作方便等優點。如傳統的金屬鈀管已經被用于為半導體提供99.99999％以上的超純氫。但由于應用強度的要求，金屬鈀管的厚度至少要100-200微米，這不僅消耗大量的貴金屬鈀，而且使得其透氫量很低，其裝置投資極其昂貴、分離能耗很高，制氫成本和制氫規模無法滿足未來規模化應用的需求。將金屬鈀膜擔載與多孔底膜如不銹鋼或陶瓷載體上，可以制備金屬鈀復合膜，其厚度可以降低到幾個微米，與金屬鈀管相比，顯著提高透氫量同時大大降低成本。

本發明提供了一種采用化學鍍制備高比表面積鈀/聚合物復合膜的方法，通過對聚合物膜表面進行親水處理以及向化學鍍液中加入表面活性劑的方式，促進鈀鍍液在孔道中的滲透，進而得到致密無缺陷的鈀復合膜。與現有的不銹鋼或單通道陶瓷底膜相比，聚合物底膜能顯著降低成本，并明顯提高鈀復合膜面積/體積比(見附圖1)。經計算，聚合物纖維(外徑1-2mm)負載鈀復合膜的面積/體積比能達到6000m²/m³，而傳統不銹鋼或單通道陶瓷(外徑10-12mm)負載鈀復合膜的面積/體積比僅為45m²/m³。

發明內容

本發明涉及一種高比表面積鈀/聚合物復合膜的改進化學鍍方法，將金屬鈀或其合金膜通過化學鍍技術在聚合物纖維膜(包括纖維素醋酸酯(CA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚砜(PSF)等)表面形成致密膜，可用于氫氣的分離、純化和生產。通過對聚合物膜表面進行親水處理以及向化學鍍液中加入表面活性劑的方式，促進鈀鍍液在孔道中的滲透，進而得到致密無缺陷的鈀復合膜。

本發明采用的具體技術方案為：進行化學鍍前將聚合物膜表面進行親水處理，在化學鍍過程中向鍍液內加入一定量的表面活性劑，以降低鍍液表面張力,促進鈀鍍液在孔道中的滲透，進而得到致密無缺陷的鈀復合膜。

(1)化學鍍前對聚合物膜表面進行親水處理，如用去離子水浸泡，2)超聲處理，或3)使用聚合物處理液如鈉-萘絡合物/四氫呋喃(THF)溶液處理等方法；

(2)化學鍍過程中，向鍍液中加入表面活性劑的方式，促進鈀鍍液在孔道中的滲透，進而得到致密無缺陷的鈀復合膜。所用表面活性劑包括十二烷基硫酸鈉(SDS)、或脂肪酸甘油酯或蔗糖酯等。

有益效果：

(1)改進的化學鍍技術有效促進了鍍液在聚合物孔道中的滲透，能用于制備零缺陷的致密鈀復合膜，并具備良好的透氫量和選擇性，另外制備工藝簡單、易于控制，適合用于規模化工業生產。