CN104307382A - 一种制造氢分离膜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造氢分离膜的方法，该制造方法包括以下步骤：A、将纳米钯粉体与γ-氧化铝粉体混合，加入适量水和表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自，三氧化钨(WO3)、三氧化钼(MoO3)、铈酸钡(BaCeO3)或铈酸锶(SrCeO3)型的陶瓷钙钛矿或陶瓷烧绿石；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属，如钯(Pd)或钌(Ru)；所述氢解离和结合催化金属通过离子镀或者溅射法进行附着，其中粒子的尺寸不超过20nm。

Description

一种制造氢分离膜的方法
技术领域
本发明涉及一种制造氢分离膜的方法。
背景技术
钯膜由于透氢性好和耐高温等特点，除了用作氢气分离和纯化器外，还用于脱氢、加氢反应器。目前，研究者对钯及其钯合金透氢膜进行了大量研究并且取得了显著成果，主要集中在钯膜制备及渗透测试。但是，钯膜的研究还面临一些挑战，主要表现在:1.由于钯价值昂贵，因此如何保证膜完整性很好的情况下不断降低膜厚度，来增加膜的渗透通量，降低成本；2.怎样选择合适的支撑体和优化钯膜制备工艺，使得操作过程简化，制备时间缩短；3.如何提高在高温及热循环过程中膜的稳定性，增加膜的使用寿命。
目前金属钯膜的制备方法主要有化学气相沉积法、物理气相沉积法、无电镀法、电镀法等，每一种方法有自己的优缺点，其中化学镀法是当前广泛使用的方法，但是化学镀预处理过程繁琐、耗时，它首先将支撑体放入氯化锡的酸溶液中进行敏化，然后再放入氯化钯的酸溶液中进行活化，反复此过程6-10次以上，并且此过程中引进了杂质锡，很容易破坏膜的完整性和降低膜与支撑体的结合力，从而降低膜的使用寿命。因此，许多学者对化学镀法进行了改进，主要在预处理这步避免了引入杂质锡。
常规的化学镀法所制备的钯膜，首先在大孔支撑体上过渡一层小孔径陶瓷膜，再进行反复6-10次的活化敏化，然后再采用化学镀法制备出钯膜，此方法的优点是：小孔径陶瓷膜很容易使得膜在很薄的情况下致密，降低成本，增加通量，但是这样也容易造成膜从支撑体上脱落，稳定性较差。除此之外，整个过程活化敏化过程繁琐耗时，并且引入了锡，很容易高温下破坏膜的完整性。
已知例如下述日本专利公开第7-185277号公报所述的氢分离膜作为在燃料电池等中使用的具有从富氢气体中仅分离氢功能的氢分离膜。对于该文献中所述的氢分离膜而言，使用氢透过性金属层(钒(V))作为基材，并且其两面涂覆有金属扩散控制层。另外，该金属扩散控制层的表面以膜状涂覆有钯(Pd)作为活化和促进氢的解离和结合的催化金属(以下，也称为氢解离和结合用催化金属)。
在上述的氢分离膜中，用作氢解离和结合催化金属的钯是昂贵的，因此需要尽可能地控制钯(Pd)的使用量。
上述问题不只限于钯(Pd)，而且也与氢解离和结合催化金属中使用的其它金属有关。
发明内容
考虑到以上问题，本发明的目的是提供一种制造氢分离膜的方法。为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种制造氢分离膜的方法，该制造方法包括以下步骤：
A、将纳米钯粉体与γ-氧化铝粉体混合，加入适量水和表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；
B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自，三氧化钨(WO3)、三氧化钼(MoO3)、铈酸钡(BaCeO3)或铈酸锶(SrCeO3)型的陶瓷钙钛矿或陶瓷烧绿石；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属，如钯(Pd)或钌(Ru)；所述氢解离和结合催化金属通过离子镀或者溅射法进行附着，其中粒子的尺寸不超过20nm。
为了实现上述目的和其它相关目的的至少一部分，本发明涉及一种氢分离膜。该氢分离膜包括：作为基材的陶瓷材料；在所述陶瓷材料表面上形成的透氢膜；和通过将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一个表面上而形成。
根据上述的氢分离膜，催化金属以粒子状附着，因此与以往的以膜状形成催化金属的情况相比，可以增加催化金属的活性界面的表面积。因此，例如，如果该活性界面的表面积设定为与以膜状形成催化金属的情况中的催化金属的活性界面的表面积相同的尺寸，与以膜状形成催化金属的情况相比，可以更好地控制催化金属的使用量。
为了实现上述目的和其它相关目的的至少一部分，本发明涉及一种燃料电池。该燃料电池包括：上述的氢分离膜；和在所述氢分离膜的表面上形成的具有质子传导性的电解质层。
根据上述的燃料电池，由于使用可以控制上述催化金属使用量的氢分离膜，因此可以控制燃料电池的制造成本。
具体实施方式
实施例1
A、将纳米钯粉体10g与γ-氧化铝粉体10g混合，加入200ml水和0.2g表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；
B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自，三氧化钨(WO3)管体材料；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属钯(Pd)；所述氢解离和结合催化金属通过离子镀或者溅射法进行附着，其中粒子的尺寸不超过10nm。
实施例2
A、将纳米钯粉体10g与γ-氧化铝粉体20g混合，加入200ml水和0.2g表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；
B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自，三氧化钼(MoO3)；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属钌(Ru)；所述氢解离和结合催化金属通过离子镀或者溅射法进行附着，其中粒子的尺寸不超过20nm。
实施例3
A、将纳米钯粉体20g与γ-氧化铝粉体10g混合，加入300ml水和0.2g表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；
B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自，铈酸钡(BaCeO3)；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属钌(Ru)；所述氢解离和结合催化金属通过离子镀法进行附着，其中粒子的尺寸不超过10nm。
实施例4
A、将纳米钯粉体10g与γ-氧化铝粉体10g混合，加入200ml水和0.2g表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；
B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自铈酸锶(SrCeO3)；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属(Pd)；所述氢解离和结合催化金属通过溅射法进行附着，其中粒子的尺寸不超过20nm。
实施例5
A、将纳米钯粉体20g与γ-氧化铝粉体5g混合，加入200ml水和0.2g表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；
B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自铈酸锶(SrCeO3)；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属钌(Ru)；所述氢解离和结合催化金属通过离子镀法进行附着，其中粒子的尺寸不超过20nm。
实施例6
A、将纳米钯粉体20g与γ-氧化铝粉体5g混合，加入200ml水和0.2g表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；
B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自三氧化钼(MoO3)；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属(Pd)；所述氢解离和结合催化金属通过离子镀进行附着，其中粒子的尺寸不超过10nm。

Claims (1)

1.一种制造氢分离膜的方法，包括以下步骤：
A、将纳米钯粉体与γ-氧化铝粉体混合，加入适量水和表面活性剂吐温80，制备出纳米钯与γ-氧化铝混合浆料；
B、将步骤A制备的混合浆料涂覆到陶瓷材料上，所述陶瓷材料选自，三氧化钨(WO3)、三氧化钼(MoO3)、铈酸钡(BaCeO3)或铈酸锶(SrCeO3)型的陶瓷钙钛矿或陶瓷烧绿石；经晾干，再放入惰性气氛炉中煅烧，形成在陶瓷材料表面上形成的具有小孔径的纳米钯与氧化铝复合材料氢透过层；最后将具有氢的解离和结合反应活性的催化金属以粒子状附着到所述陶瓷材料的另一表面上；所述氢解离和结合反应活性的催化金属为贵金属，如钯(Pd)或钌(Ru)；所述氢解离和结合催化金属通过离子镀或者溅射法进行附着，其中粒子的尺寸不超过20nm。
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