分子筛限域原位生长法制备超薄金属钯复合膜的研究

Palladium composite membrane is a cheap and effective material for hydrogen purification.It is very impotant on the field of high-purity (>99.9999%) hydrogen purification. However, the palladium membrane is unable to meet the large-scale requirements of industrial production until now, due to its relatively low hydrogen permeance and short operating life. Therefore, the improvement on palladium membrane is to decrease the thickness, increase the permeance and extend the lifetime without sacrificing the hydrogen selectivity. In this project, we propose a new repair technology: fill-up the defects of palladium membrane by confined in-situ growth of molecule sieve, which is a strong support of palladium membrane. The technology of confined growth of molecule sieve is useful for the defects modification of such kind of compsite membrane. Via this method the ultra-thin palladium membrane with high hydrogen permeance and selectivity can be prepared. The technology of confined in-situ growth of molecule sieve to fill-up the defects without destructing the palladium membrane shows innovative. Current project will certainly promote developing preparation technology on ultra-thin and high performance palladium membrane, which has important scientific meaning in industrial application.

金属钯复合膜是一种廉价高效氢气分离纯化材料，在高端超纯氢气（纯度>99.9999%）纯化上将发挥不可替代的作用。目前，钯复合膜透氢量和使用寿命等尚不能满足应用要求，因此，在不损失氢选择性的条件下，有效降低钯膜厚度从而提高透氢量和稳定性,是钯复合膜未来的主要研究方向之一。本项目提出一种金属钯复合膜制备过程中针对缺陷的新修饰技术，即分子筛在初镀钯膜后的缺陷内，限域原位生长技术。这种分子筛限域生长的方法，解决了钯复合膜材料缺陷修补的难题。原位生长的分子筛填充材料与底膜结合牢固，可对钯膜形成有效支撑，提高钯膜使用寿命。因此，利用分子筛限域原位生长的新修饰技术，制备超薄钯膜的方法具有明显的创新性，所制钯膜不仅具有高透氢量、高透氢选择性和高稳定性的特点，而且为其他复合膜材料的缺陷修饰和完整材料制备提供一种新方法，具有重要的科学意义。

金属钯复合膜是一种廉价高效氢气分离纯化材料，在高端超纯氢气（纯度>99.9999%）纯化上将发挥不可替代的作用。目前，钯复合膜透氢选择性和使用寿命等尚不能满足应用要求，对低品质产品和使用中破损的钯膜无法在不增加钯膜厚度条件下进行有效弥补和修复，无法重新回收再利用降低生产成本，造成大量的原材料的浪费。因此，在现有产品的基础上有效提高产品品质和对废旧钯膜的回收修复具有重大应用意义。本项目提出一种分子筛限域原位生长技术用来修补钯膜表面缺陷，解决了钯复合膜材料缺陷修补的难题，取得了以下成果：1）成功开发出分子筛在钯膜缺陷内限域生长技术，在钯膜缺陷尺寸分布的测定、分子筛晶种尺寸的调控、分子筛生长条件的优化等方面做了大量工作，证明了该方法的实际操作可行性，在不破坏钯膜和不增加钯膜厚度的条件下，采用分子筛填充缺陷，极大地提高了钯膜的透氢选择性。2）成功开发了分子筛膜在钯膜表面原位生长技术，考察了分子筛膜生长条件对膜结构和生长情况的影响，优化了分子筛膜的制备条件，证明了分子筛膜的形成在提高钯膜的氢气分离选择性和稳定性方面的效果十分显著。3）利用分子筛限域原位生长修补缺陷的方法，成功制备出氢气渗透量大、氢气选择透过性高和寿命长的超薄致密金属钯复合膜。低品质的钯膜经修饰后透氢选择性提高了三个数量级，分离系数达到10000。废旧钯膜经修饰后透氢选择性提高了两个数量级，并在升降压十个循环中保持稳定。将修饰后的超薄金属钯复合膜应用在氢气浓度为75%的氢氮混合气的分离纯化中，得到的氢气纯度始终在99.95%以上，氢气回收率达到90%，并且能稳定运行500h 以上。可见，分子筛限域原位生长的新修饰技术，可实现钯膜品质提升，提高钯膜产品合格率，还可对废旧钯膜进行回收修复，极大地降低了成本，具有重要的科学意义。