KR100865660B1

KR100865660B1 - Hydrogen permeable member, method of forming the same and method of separating hydrogen by using the same

Info

Publication number: KR100865660B1
Application number: KR1020080023519A
Authority: KR
Inventors: 이덕영; 진홍석; 홍태환; 플러리 에릭; 송 석; 한승희; 김윤배
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2008-10-29

Abstract

A hydrogen permeation alloy member comprises the hydrogen permeation alloy body consisting of the nickel (Ni), the niobium (Nb), and a component which is the cobalt (Co). Therefore the hydrogen permeation alloy member, capable of refining high purity hydrogen, can be manufactured by using a small amount of palladium. A hydrogen permeation alloy member includes the hydrogen permeation alloy body consisting of A component is nickel(Ni), niobium(Nb) and cobalt(Co), and B component is copper(Cu) or silicon(Si). The weight% of nickel, niobium, the A component and the B component are the respective 100-X-Y-Z, X, Y and Z(X, Y and Z is the respective 12<=X<=18, and 12<=Y<=18 and 8<=Z<=12). A method for manufacturing a hydrogen permeation alloy member comprises a step(S10) for preparing a first ingot consisting of Ni, a second ingot consisting of Nb, a third ingot consisting of Co and a fourth ingot consisting of Cu or Si, and each weight ratio is respective 100-X-Y : X : Y : Z(X, Y and Z is the respective 12<=X<=18, and 12<=Y<=18 and 8<=Z<=12); a step(S20) fusing the first, second, third and fourth ingots; a step(S30) melt-spinning the fused alloy of the first, second, third and fourth ingots and forming the hydrogen permeation alloy body; and a step(S40) coating the palladium thin film on the hydrogen permeation alloy body.

Description

수소 투과 합금 부재, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 수소 정제 방법{HYDROGEN PERMEABLE MEMBER, METHOD OF FORMING THE SAME AND METHOD OF SEPARATING HYDROGEN BY USING THE SAME}Hydrogen permeable alloy member, preparation method thereof and hydrogen purification method using the same {HYDROGEN PERMEABLE MEMBER, METHOD OF FORMING THE SAME AND METHOD OF SEPARATING HYDROGEN BY USING THE SAME}

본 발명은 수소 투과 합금 부재, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 수소 정제 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 혼합 가스로부터 수소를 선택적으로 투과시켜 정제할 수 있는 수소 투과 합금 부재, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 수소 정제 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen permeable alloy member, a method for producing the same, and a method for purifying hydrogen using the same. More specifically, the present invention relates to a hydrogen permeable alloy member capable of selectively permeating and purifying hydrogen from a mixed gas, a method for preparing the same, and a method for purifying hydrogen using the same.

수소는 공업 분야에서 다양한 용도로 사용되며 최근에는 연료 전지 기술의 발달에 따라 고순도 수소 기체를 얻는 기술이 중요하게 대두되고 있다. 이러한 수소를 대량 생산할 수 있는 방법은 여러 가지가 있다. Hydrogen is used in a variety of applications in the industrial field, and in recent years, with the development of fuel cell technology, a technique for obtaining high purity hydrogen gas has emerged as an important factor. There are several ways to mass produce such hydrogen.

구체적으로 종래의 고순도 수소제조방법으로는 전기분해법을 비롯하여 불순물을 초저온에서 흡착, 제거하는 심냉흡착법, 흡수법이 있으나 많은 에너지가 소요되는 단점으로 생산원가가 매우 높다. 따라서 최근에는 막 구조물을 사용하여 수소 기체를 분리하는 방법이 에너지 소비가 낮기 때문에 널리 사용되고 있으며 이 분야의 연구가 활발하게 진행되고 있다. Specifically, conventional high-purity hydrogen production methods include electrolysis, deep cold adsorption and adsorption, which absorb and remove impurities at very low temperatures. However, the production cost is very high due to the drawback of using a lot of energy. Therefore, recently, a method of separating hydrogen gas using a membrane structure is widely used because of low energy consumption, and research in this field is actively being conducted.

본 발명의 일 실시예는 상대적으로 저렴한 비용으로 수소 투과율이 높은 수소 투과 합금 부재를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a hydrogen permeable alloy member having a high hydrogen permeability at a relatively low cost.

본 발명의 일 실시예는 상기 수소 투과 합금 부재를 제조하는 방법을 제공한다. One embodiment of the present invention provides a method of manufacturing the hydrogen permeable alloy member.

본 발명의 일 실시예는 상기 수소 투과 합금 부재를 사용한 수소 정제 방법을 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention to provide a hydrogen purification method using the hydrogen permeable alloy member.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 투과 합금 부재는 니켈(Ni); 니오븀(Nb); 및 코발트(Co)인 A성분으로 이루어진 수소 투과 합금 바디를 포함한다. 수소 투과 합금 바디는 구리(Cu) 또는 실리콘(Si)인 B성분을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 수소 투과 합금 바디에 포함된 니켈, 니오븀, A성분 및 B성분의 중량%는 각각 100-X-Y-Z, X, Y 및 Z(X, Y 및 Z는 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18 및 8≤Z≤12)일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the hydrogen permeable alloy member is nickel (Ni); Niobium (Nb); And a hydrogen permeable alloy body composed of A component which is cobalt (Co). The hydrogen permeable alloy body may further include a B component which is copper (Cu) or silicon (Si). In this case, the weight percents of nickel, niobium, component A and component B contained in the hydrogen permeable alloy body are 100-XYZ, X, Y and Z, respectively, where X, Y and Z are 12 ≦ X ≦ 18 and 12 ≦ Y, respectively. ≦ 18 and 8 ≦ Z ≦ 12).

수소 투과 합금 바디는 비정질 상태일 수 있다. 이와 다르게 수소 투과 합금 바디는 결정질 상태일 수 있다. 수소 투과 합금 부재는 수소 투과 합금 바디에 코팅되는 팔라듐 박막을 더 포함할 수 있다. 팔라듐 박막의 두께는 50Å 내지 5000Å일 수 있다. 수소 투과 합금 바디의 형상은 리본 형상일 수 있다.The hydrogen permeable alloy body may be in an amorphous state. Alternatively the hydrogen permeable alloy body may be in a crystalline state. The hydrogen permeable alloy member may further include a palladium thin film coated on the hydrogen permeable alloy body. The thickness of the palladium thin film may be 50 kPa to 5000 kPa. The shape of the hydrogen permeable alloy body may be ribbon-shaped.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 투과 합금 부재 제조 방법이 제공된다. 구체적으로 니켈로 이루어진 제1 잉곳, 니오븀으로 이루어진 제2 잉곳, 코발트로 이루어진 제3 잉곳 및 구리 또는 실리콘으로 이루어진 제4 잉곳을 상기 제1 잉곳, 상기 제2 잉곳, 상기 제3 잉곳 및 상기 제4 잉곳의 중량비가 각각 100-X-Y-Z : X : Y : Z(X, Y 및 Z는 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18 및 8≤Z≤12)가 되도록 준비한다. 그리고 상기 제1 내지 4 잉곳들을 용융시킨다. 이어서 상기 제1 내지 4 잉곳들의 용융된 합금을 멜트 스피닝하여 수소 투과 합금 바디를 형성한다. 그 후 상기 수소 투과 합금 바디에 팔라듐 박막을 코팅한다. According to one embodiment of the present invention, a method for producing a hydrogen permeable alloy member is provided. Specifically, a first ingot made of nickel, a second ingot made of niobium, a third ingot made of cobalt, and a fourth ingot made of copper or silicon may be formed in the first ingot, the second ingot, the third ingot, and the fourth ingot. The ingots are prepared so that the weight ratio is 100-XYZ: X: Y: Z (X, Y and Z are 12≤X≤18, 12≤Y≤18 and 8≤Z≤12, respectively). And the first to fourth ingots are melted. The molten alloy of the first to fourth ingots is then melt spun to form a hydrogen permeable alloy body. The palladium thin film is then coated on the hydrogen permeable alloy body.

상기 수소 투과 합금 바디는 비정질 상태일 수 있다. 이와 다르게 상기 수소 투과 합금 바디는 결정질 상태일 수 있다. 상기 수소 투과 합금 바디는 리본 형상을 가질 수 있다. 상기 팔라듐 박막은 스퍼터링 방법으로 코팅되고 두께는 약 50Å 내지 약 5000Å일 수 있다. The hydrogen permeable alloy body may be in an amorphous state. Alternatively, the hydrogen permeable alloy body may be in a crystalline state. The hydrogen permeable alloy body may have a ribbon shape. The palladium thin film is coated by a sputtering method and may have a thickness of about 50 kPa to about 5000 kPa.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 정제 방법이 제공된다. 구체적으로 Ni_100-X-Y-ZNb_XA_YB_Z(X, Y 및 Z는 중량%로 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18 및 8≤Z≤12, A성분은 코발트, B성분은 구리 또는 실리콘)으로 표시되는 일반식의 조성을 갖는 수소 투과 합금 바디 및 상기 수소 투과 합금 바디에 코팅되는 팔라듐 박막을 포함하는 수소 투과 합금 부재를 준비한다. 그리고 상기 수소 투과 합금 부재의 일측에 수소를 함유하는 비정제 혼합 가스를 제공하여 상기 일측 및 타측 간에 수소 압력차를 발생시킨다. 이어서 상기 수소를 상기 일측에 흡착 후 해리되도록 한다. 그 후 상기 수소를 상기 수소 투과 합금 부재 내에서 상기 타측으로 확산시킨 후 상기 타측으로부터 수소 가스로 재결합하여 탈착시킨다.According to one embodiment of the present invention, a hydrogen purification method is provided. Specifically, Ni _100-XYZ Nb _X A _Y B _Z (X, Y and Z are in weight percent of 12≤X≤18, 12≤Y≤18 and 8≤Z≤12, A component is cobalt, B component is copper Or a hydrogen permeable alloy member including a hydrogen permeable alloy body having a composition of a general formula represented by silicon) and a palladium thin film coated on the hydrogen permeable alloy body. In addition, a non-purified mixed gas containing hydrogen is provided on one side of the hydrogen permeable alloy member to generate a hydrogen pressure difference between the one side and the other side. Subsequently, the hydrogen is dissociated after adsorption on one side. Thereafter, the hydrogen is diffused to the other side in the hydrogen permeable alloy member and then decomposed by recombination with hydrogen gas from the other side.

상기 수소 투과 합금 부재는 비정질 상태일 수 있다. 그리고 상기 수소 투과 합금 부재는 결정질 상태일 수 있다. 상기 수소 투과 합금 바디는 리본 형상을 가질 수 있다. 상기 팔라듐 박막의 두께는 약 50Å 내지 약 5000Å일 수 있다.The hydrogen permeable alloy member may be in an amorphous state. The hydrogen permeable alloy member may be in a crystalline state. The hydrogen permeable alloy body may have a ribbon shape. The palladium thin film may have a thickness of about 50 kPa to about 5000 kPa.

본 발명의 실시예들에 따르면 종래와 같이 상대적으로 고가인 팔라듐을 비교적 소량만을 사용하여 수소 정제가 가능한 수소 투과 합금 부재를 형성하기 때문에 경제적 장점이 있으며 수소 투과율이 우수하여 수소 정제 분야에서 폭넓은 응용이 가능하다.According to the embodiments of the present invention, there is an economic advantage because it forms a hydrogen permeable alloy member capable of hydrogen purification using relatively small amounts of relatively expensive palladium as in the prior art, and has a wide range of applications in the field of hydrogen purification due to its excellent hydrogen permeability. This is possible.

본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 의미이다. 그리고 "포함한다"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The singular forms used to describe the embodiments of the present invention are intended to include the plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. And “comprises” means specific features, regions, integers, steps, actions, elements and / or components, and the presence or addition of other specific features, regions, integers, steps, actions, elements, components and / or groups. It does not exclude.

다르게 정의하지는 않았지만 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly used terms defined in advance are not to be interpreted in an ideal or very formal sense unless further interpreted and defined as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 수소 투과 합금 부재, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 수소 정제 방법에 대한 실시예들을 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.Hereinafter, embodiments of a hydrogen permeable alloy member, a method for manufacturing the same, and a method for purifying hydrogen using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. Therefore, those skilled in the art may implement the present invention in various other forms without departing from the technical spirit of the present invention.

수소 투과 합금 부재Hydrogen Permeable Alloy Member

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 투과 합금 부재는 니켈(Ni); 니오븀(Nb); 및 코발트(Co)인 A성분으로 이루어진 수소 투과 합금 바디를 포함할 수 있다. 수소 투과 합금 바디는 구리(Cu) 또는 실리콘(Si)인 B성분을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 수소 투과 합금 바디에 포함된 니켈, 니오븀, A성분 및 B성분의 중량%는 각각 100-X-Y-Z, X, Y 및 Z(X, Y 및 Z는 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18 및 8≤Z≤12)일 수 있다.Hydrogen permeable alloy member according to an embodiment of the present invention is nickel (Ni); Niobium (Nb); And it may include a hydrogen permeable alloy body consisting of A component of cobalt (Co). The hydrogen permeable alloy body may further include a B component which is copper (Cu) or silicon (Si). In this case, the weight percents of nickel, niobium, component A and component B contained in the hydrogen permeable alloy body are 100-XYZ, X, Y and Z, respectively, where X, Y and Z are 12 ≦ X ≦ 18 and 12 ≦ Y, respectively. ≦ 18 and 8 ≦ Z ≦ 12).

즉, 수소 투과 합금 바디는 니켈(Ni) 및 니오븀(Nb)을 주성분으로 하며 구체적으로 하기의 식(1)로 표시되는 일반식을 가질 수 있다.That is, the hydrogen permeable alloy body may include nickel (Ni) and niobium (Nb) as main components, and specifically, may have a general formula represented by the following formula (1).

Ni₁₀₀ _-X-Y- _ZNb_XA_YB_Z--------------------------------식(1)Ni ₁₀₀ _-XY- _Z Nb _X A _Y B _Z -------------------------------- Formula (1)

(X, Y, Z는 중량%로 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18, 8≤Z≤12) (X, Y, Z are in weight percent of 12≤X≤18, 12≤Y≤18, 8≤Z≤12)

여기서 A 성분은 코발트(Co)일 수 있다. 그리고 B 성분은 구리(Cu) 또는 실리콘(Si)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 투과 합금 부재는 수소 투과 합금 바디에 코팅되는 팔라듐 박막을 더 포함할 수 있다. Here, the component A may be cobalt (Co). The B component may be copper (Cu) or silicon (Si). According to an embodiment of the present invention, the hydrogen permeable alloy member may further include a palladium thin film coated on the hydrogen permeable alloy body.

니켈(Ni)은 수소 투과가 진행되는 과정에서 생성되어 수소 투과율을 저하시키는 산화물 및 탄화물에 대해 상대적으로 높은 저항성을 지녀 산화물 및 탄화물의 발생을 억제하거나 제거하는 특성이 있다. 또한, 니켈은 고온 안정성을 증가시키며 가공성을 우수하게 하는 특성이 있다. 따라서 수소 투과 합금 바디는 니켈을 포함하는 것이 바람직하다.Nickel (Ni) is produced in the course of the hydrogen permeation process has a relatively high resistance to oxides and carbides to reduce the hydrogen permeability has the characteristics of suppressing or removing the generation of oxides and carbides. In addition, nickel has the property of increasing the high temperature stability and excellent workability. Therefore, the hydrogen permeable alloy body preferably contains nickel.

니켈의 함량이 약 52 중량% 미만인 경우, 수소 투과가 진행되는 과정에서 생성되는 산화물 및 탄화물에 기인하여 수소 투과율이 낮아질 수 있다는 문제점이 있다. 반면에 니켈의 함량이 약 68 중량%를 초과하는 경우에는 니오븀(Nb), A 성분 및 B 성분의 함량이 상대적으로 작아 수소 투과율이 낮아질 수 있으며 고온 안정성 및 가공성의 특성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 니켈의 함량은 약 52 중량% 내지 약 68 중량% 이하일 수 있다. 예를 들어 니켈의 함량은 약 60 중량%일 수 있다.If the nickel content is less than about 52% by weight, there is a problem that the hydrogen permeability may be lowered due to oxides and carbides generated in the process of hydrogen permeation. On the other hand, when the content of nickel exceeds about 68% by weight, the content of niobium (Nb), A and B is relatively small, which may result in low hydrogen permeability and deterioration in characteristics of high temperature stability and processability. Therefore, the content of nickel may be about 52% by weight to about 68% by weight or less. For example, the content of nickel may be about 60% by weight.

니오븀은 수소 투과가 진행되는 과정에서 발생하는 산화물에 대해 상대적으로 높은 저항성을 지녀 산화물의 발생을 억제하거나 제거하는 특성이 있으며 수소 투과성이 우수하고 고온 안정성을 증가시킬 수 있기 때문에 조성에 포함된다. Niobium is included in the composition because it has a relatively high resistance to oxides generated during the hydrogen permeation process, has the property of suppressing or eliminating the generation of oxides, and has excellent hydrogen permeability and can increase high temperature stability.

니오븀의 함량이 약 12 중량% 미만인 경우 수소 투과 합금 바디의 열적 안정성이 저하된다는 문제점이 있으며 니오븀의 함량이 약 18 중량%를 초과하는 경우 융점 및 점도가 높아져서 수소 투과 합금 바디를 효과적으로 성형할 수 없으며 고온 안정성이 낮아진다는 문제점이 있다. 따라서 니오븀의 함량은 약 12 중량% 내지 약 18 중량%일 수 있다. 예를 들어, 니오븀의 함량은 약 15중량%일 수 있다.If the niobium content is less than about 12% by weight, there is a problem that the thermal stability of the hydrogen permeable alloy body is lowered. If the niobium content is more than about 18% by weight, the melting point and viscosity are high, so that the hydrogen permeable alloy body cannot be effectively formed. There is a problem that the high temperature stability is lowered. Therefore, the content of niobium may be about 12% to about 18% by weight. For example, the content of niobium may be about 15% by weight.

A 성분은 전연성을 증가시키며 기계적 특성을 개선시키기 위해서 조성에 포함되며 구체적으로 코발트(Co)일 수 있다.A component is included in the composition to increase malleability and improve mechanical properties, and specifically may be cobalt (Co).

A 성분의 함량이 약 12 중량% 미만인 경우 수소 투과 합금 바디가 갖는 전연성 및 내열성등이 저하된다는 문제점이 있다. 반면에 A 성분의 함량이 약 18 중량%를 초과하는 경우 수소 투과 합금 바디의 수소 투과율이 저하될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 A 성분의 함량은 약 12 중량% 내지 약 18 중량%일 수 있다.If the content of the component A is less than about 12% by weight, there is a problem in that the malleability and heat resistance of the hydrogen permeable alloy body is lowered. On the other hand, when the content of the A component exceeds about 18% by weight, there is a problem that the hydrogen permeability of the hydrogen permeable alloy body may be lowered. Thus, the content of component A may be about 12% to about 18% by weight.

B 성분은 열적 안정성 및 내식성을 증가시키기 위해서 조성에 포함되며 구체적으로 구리(Cu) 또는 실리콘(Si)일 수 있다. Component B is included in the composition to increase thermal stability and corrosion resistance and may specifically be copper (Cu) or silicon (Si).

B 성분의 함량이 약 8 중량% 미만인 경우 수소 투과 합금 바디의 열적 안정성 및 내식성이 저하된다는 문제점이 있다. 반면에 B 성분의 함량이 약 12 중량%를 초과하는 경우 수소 투과 합금 바디의 수소 투과율이 저하될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 B 성분의 함량은 약 8 중량% 내지 약 12 중량%일 수 있다. If the content of the B component is less than about 8% by weight, there is a problem that the thermal stability and corrosion resistance of the hydrogen permeable alloy body is lowered. On the other hand, when the content of the B component exceeds about 12% by weight, there is a problem that the hydrogen permeability of the hydrogen permeable alloy body may be lowered. Therefore, the content of component B may be about 8% to about 12% by weight.

결정은 동일한 단위부피의 주기적인 배열에 의해서 이루어진 고체이며 이에 반해 액체재료는 열진동에 의해 병진 주기성이 결여된 무질서한 원자배열을 갖는다. 이러한 무질서도는 원자간의 접근이 원자 자신의 고유한 직경 이내로는 접근이 불가능하고 여분의 원자를 위한 공간은 존재하지 않는다는 제한을 지니고 있다.Crystals are solids made up of periodic arrays of the same unit volume, whereas liquid materials have disordered atomic arrangements that lack translational periodicity by thermal vibration. This disorder has the limitation that access between atoms is inaccessible within its own diameter and there is no room for extra atoms.

용융된 금속을 10^-5~10^-6k/sec이상의 고속으로 급냉하여 응고시키면 응고된 금속은 원자가 규칙적으로 배열하지 못하고 액체의 구조를 갖는 무질서한 상태로 고체가 되는데 이러한 재료특성을 재료를 비정질이라 한다.When the molten metal is rapidly cooled and solidified at a high speed of 10 ^-5 to 10 ^-6 k / sec or more, the solidified metal becomes a solid in a disordered state in which the atoms are not arranged regularly and have a liquid structure. do.

비정질 재료는 일반적으로 열역학적으로는 평형상태에 있는 기체나 액체와는 달리 열평형 상태에 있지 않다는 큰 특징을 갖는다. 즉, 주기의 반복성이 없으며 열역학적 유리전이를 갖는 것을 의미한다. Amorphous materials are generally characterized by being thermodynamically not in thermal equilibrium, unlike gases or liquids that are in equilibrium. That is, there is no repeatability of the cycle and it has a thermodynamic glass transition.

또한, 비정질 합금의 열적 안정성은 기하학적 영향과 전기적 영향에 의해서 지배를 받는다. 이러한 비정질을 형성하기 위해서는 3가지 이상의 구성원소, 원자 크기비(△r/r)가 12%이상이고 음(-) 혼합열 등의 이 세가지 경험적 원칙들이 있다. In addition, the thermal stability of amorphous alloys is governed by geometric and electrical effects. There are three empirical principles to form such an amorphous material: three or more member elements, an atomic size ratio (Δr / r) of 12% or more, and negative (−) mixed heat.

이러한 원칙을 통해 유리질의 특징을 제한하는 구조 및 열역학적 특성은 랜덤한 밀집구조의 정도가 증가하고 새로운 원자구조를 가진 액상 생성과 근접거리(~nm)에서 다원소 상호작용과 원거리에서 균질 원자구조, 핵생성을 억제하는 고/액 계면에너지의 증가 등을 들 수 있다. Through these principles, the structural and thermodynamic properties that limit the character of glass are characterized by an increase in the degree of random dense structure, the formation of liquid phases with new atomic structures, multi-element interactions at close proximity (~ nm), homogeneous atomic structures at long distances, An increase in the solid / liquid interfacial energy which suppresses nucleation is mentioned.

비정질 합금은 상술한 바와 같은 비정질에 기인한 특유의 원자배열구조로 인하여 고강도와 고내식성이 뛰어나며, 우수한 자기적 특성, 내마모성이 우수하다. 또한 비정질 합금은 넓은 프리 볼륨(free volume)으로 인하여 수소 투과에 매우 유리한 장점을 가지고 있다. 이뿐만 아니라 비정질 합금은 우수한 기계적 강도를 갖기 때문에 수소취성에 상당히 우수하다.The amorphous alloy is excellent in high strength and high corrosion resistance due to the unique atomic arrangement structure due to the amorphous as described above, excellent magnetic properties and excellent wear resistance. In addition, the amorphous alloy has a very advantageous advantage of hydrogen permeation due to the large free volume. In addition to this, amorphous alloys are excellent in hydrogen embrittlement because they have excellent mechanical strength.

따라서 본 발명에 따른 수소 투과 합금 바디가 갖는 결정학적 상태는 강도, 내식성, 자기적 특성, 내마모성, 수소 투과성, 수소취성 등의 특성들을 향상시키기 위하여 비정질 상태일 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예 따르면 수소 투과 합금 바디가 갖는 결정학적 상태는 결정질 상태일 수도 있다.Therefore, the crystallographic state of the hydrogen permeable alloy body according to the present invention may be in an amorphous state to improve properties such as strength, corrosion resistance, magnetic properties, wear resistance, hydrogen permeability, hydrogen embrittlement, and the like. However, according to another embodiment of the present invention, the crystallographic state of the hydrogen permeable alloy body may be a crystalline state.

수소 투과 합금 바디가 갖는 형상은 양측에 수소 압력차가 발생할 수 있는 일측 및 타측을 갖는 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 벌크형일 수 있다. 이와 다르게 수소 투과 합금 바디는 판재형의 형상을 가질 수 있다. 또 이와 다르게 수소 투과 합금 바디는 상대적으로 얇은 두께를 갖는 리본형일 수 있다. 그러나 수소 투과 합금 바디의 형상은 이에 제한되지 않으며 제조 공정 또는 요구되는 사양에 따라서 다양한 변경이 가능하다.The shape of the hydrogen permeable alloy body may be a shape having one side and the other side at which hydrogen pressure difference may occur on both sides. According to one embodiment of the invention may be bulk. Alternatively, the hydrogen permeable alloy body may have a plate shape. Alternatively, the hydrogen permeable alloy body may be a ribbon having a relatively thin thickness. However, the shape of the hydrogen permeable alloy body is not limited thereto, and various modifications may be made depending on the manufacturing process or required specifications.

수소 투과 합금 바디에 팔라듐(Pd) 박막을 코팅시킴으로서 수소 투과 합금 바디 및 팔라듐 박막을 포함하는 수소 투과 합금 부재가 형성된다. 팔라듐 박막은 내열성, 내압성 및 기계적 강도를 증가시키고 수소 투과성을 증가시키기 위해서 형성된다. 이는 팔라듐이 금속 중에서 수소 투과성이 가장 탁월한 원소이기 때문이다.By coating a palladium (Pd) thin film on the hydrogen permeable alloy body, a hydrogen permeable alloy member including a hydrogen permeable alloy body and a palladium thin film is formed. Palladium thin films are formed to increase heat resistance, pressure resistance and mechanical strength and to increase hydrogen permeability. This is because palladium is the most excellent element of hydrogen permeability among metals.

팔라듐 박막의 두께가 약 50Å 미만인 경우 충분한 내열성 및 내압성을 확보할 수 없다는 문제점이 있다. 반면에 팔라듐 박막의 두께가 약 5000Å을 초과하는 경우 수소 투과 합금 부재의 수소 투과성이 오히려 저하될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 팔라듐 박막의 두께는 약 50Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 예를 들어, 팔라듐 박막의 두께는 약 800Å일 수 있다.If the thickness of the palladium thin film is less than about 50 kPa, there is a problem that sufficient heat resistance and pressure resistance cannot be secured. On the other hand, when the thickness of the palladium thin film exceeds about 5000 kPa, the hydrogen permeability of the hydrogen permeable alloy member may be rather deteriorated. Therefore, the thickness of the palladium thin film may be about 50 kPa to about 5000 kPa. For example, the thickness of the palladium thin film may be about 800 mm 3.

팔라듐 박막은 스퍼터링(sputtering) 공정과 같은 물리 기상 증착 공정을 통해 수소 투과 합금 부재의 바디에 코팅될 수 있으나 이에 제한되지 않고 다양한 공정을 통해서 형성될 수도 있다.The palladium thin film may be coated on the body of the hydrogen permeable alloy member through a physical vapor deposition process such as a sputtering process, but is not limited thereto and may be formed through various processes.

팔다듐 박막은 수소 투과 합금 바디의 전표면을 둘러싸도록 코팅될 수 있다. 그러나 이와 다르게 팔라듐 박막의 형상은 수소 투과 합금 바디가 갖는 형상에 따라서 다양하게 변경될 수도 있다. 예를 들어, 수소 투과 합금 바디가 갖는 형상이 양측에 수소 압력차가 발생할 수 있는 일측 및 타측을 갖는 형상인 경우 양측의 표면에 코팅될 수 있다.The palladium thin film may be coated to surround the entire surface of the hydrogen permeable alloy body. Alternatively, however, the shape of the palladium thin film may be variously changed according to the shape of the hydrogen permeable alloy body. For example, when the shape of the hydrogen permeable alloy body is a shape having one side and the other side where a hydrogen pressure difference may occur on both sides, the surface of both sides may be coated.

분리막 형태로 사용되어 왔던 종래의 수소 투과막의 종류로서는 크게 세라믹 분리막, 고분자 분리막, 금속 분리막으로 구분될 수 있으며 이 중 금속 분리막에서 주로 상업화되어 상용적으로 이용되는 결정질 재료로서는 수소 투과율이 뛰어난 팔 라듐(Pd)을 포함하는 순수 팔라듐(Pd), 팔라듐-구리(Pd-Cu) 합금, 팔라듐-은(Pd-Ag) 합금 등이다.Conventional hydrogen permeable membranes, which have been used in the form of membranes, can be broadly classified into ceramic membranes, polymer membranes, and metal separators. Among them, palladium having excellent hydrogen permeability as a crystalline material commercially available and commercially used in metal membranes is widely used. Pure palladium (Pd) containing Pd), palladium-copper (Pd-Cu) alloy, palladium-silver (Pd-Ag) alloy, and the like.

하지만 팔라듐(Pd)은 세계적으로 연간생산량이 약 200여 톤에 불과하며 80%이상이 러시아와 남아프리카에 존재하며 금값수준으로 상당히 고가이다. 또한, 공급량은 국제정세에 많이 좌우되고 지각존재량이 0.0006ppm으로 경제성이나 자원의 관점에서 이용이 제한된다. 따라서 종래의 팔라듐을 포함하는 금속 분리막에 대한 경제성이 상당히 낮았다는 문제점이 있었다.However, palladium (Pd) produces around 200 tonnes annually worldwide, more than 80% in Russia and South Africa, and is quite expensive at the gold level. In addition, the supply is highly dependent on the international situation and the amount of crust is 0.0006ppm, which limits its use in terms of economics and resources. Therefore, there is a problem in that the economics of the conventional metal separator containing palladium is significantly low.

그러나 본 실시예에서는 수소 투과 합금 바디에 팔라듐 박막을 코팅하는 방법으로 수소 투과 합금 부재를 형성함으로서 수소 투과 합금 부재의 경제성을 높일 수 있다.However, in this embodiment, by forming a hydrogen permeable alloy member by coating a palladium thin film on the hydrogen permeable alloy body, it is possible to increase the economic efficiency of the hydrogen permeable alloy member.

수소 투과 합금 부재의 제조 방법Method for producing hydrogen permeable alloy member

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 투과 합금 부재의 제조 방법을 나타내기 위한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hydrogen permeable alloy member according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 니켈, 니오븀, A 성분 및 B 성분을 각각 적어도 99.9% 이상으로 포함하는 제1 잉곳, 제2 잉곳, 제3 잉곳 및 제4 잉곳을 준비한다(S10).Referring to FIG. 1, a first ingot, a second ingot, a third ingot, and a fourth ingot including at least 99.9% of nickel, niobium, A component, and B component are prepared (S10).

여기서 제3 잉곳을 이루는 A 성분은 코발트(Co)일 수 있다. 그리고 B 성분은 구리(Cu) 또는 실리콘(Si)일 수 있다.The A component constituting the third ingot may be cobalt (Co). The B component may be copper (Cu) or silicon (Si).

제1 잉곳, 제2 잉곳, 제3 잉곳 및 제4 잉곳의 중량비는 최종적으로 Ni₁₀₀ _-X-Y-ZNb_XA_YB_Z의 조성이 얻어질 수 있도록 100-X-Y-Z : X : Y의 중량비가 되도록 준비한다. 여기서 X, Y 및 Z는 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18 및 8≤Z≤12의 조건을 만족시킬 수 있다. 예를 들어, X, Y 및 Z는 각각 15, 15 및 10일 수 있다.The weight ratio of the first ingot, the second ingot, the third ingot and the fourth ingot is prepared so that the weight ratio of 100-XYZ: X: Y is finally obtained so that the composition of Ni ₁₀₀ _-XYZ Nb _X A _Y B _Z can be obtained. . Here, X, Y and Z may satisfy the conditions of 12 ≦ X ≦ 18, 12 ≦ Y ≦ 18 and 8 ≦ Z ≦ 12, respectively. For example, X, Y and Z can be 15, 15 and 10, respectively.

이어서 제1 내지 4 잉곳들을 아크 용해법을 적용하여 용융시킨다(S20). 본 발명의 실시예에 따르면 제1 내지 4 잉곳들을 용해시키기 위해서 아크 용융법을 사용하였으나 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 용융법이 적용될 수 있다.Subsequently, the first to fourth ingots are melted by applying an arc melting method (S20). According to the embodiment of the present invention, the arc melting method is used to dissolve the first to fourth ingots, but the present invention is not limited thereto, and various melting methods may be applied.

구체적으로 아크 용해법을 사용하는 경우 제1 내지 4 잉곳들의 표면들 상에 생성될 수 있는 산화물과 같은 부산물을 제거한 후 제1 내지 4 잉곳들을 아르곤 가스와 같은 불휘발성 가스 분위기에서 아크를 발생시켜 용융시킬 수 있다.Specifically, in the arc melting method, by-products such as oxides that may be formed on the surfaces of the first to fourth ingots are removed, and then the first to fourth ingots are generated by melting the arc in a nonvolatile gas atmosphere such as argon gas. Can be.

여기서 아크 용해법을 수행하는 횟수는 1회일 수 있으나 제1 내지 4 잉곳들의 용융 상태에 따라서 적어도 2회 수행될 수도 있다. In this case, the arc dissolution method may be performed once, but may be performed at least twice depending on the melting state of the first to fourth ingots.

그 후, 용해된 합금을 멜트 스피닝한다(S30). 여기서 멜트 스피닝하는 단계는 잉곳 합금이 용융되었을 때 소정의 회전 속도로 회전하는 디스크 표면 위에 불휘발성 기체 압력에 의해 용융 합금을 분사함으로서 수행된다. 여기서 소정의 회전 속도는 약 700 내지 약 900 rpm일 수 있으며 용융된 합금을 분사시킬 때 디스크와 분출 방향이 이루는 각도는 약 60°내지 약 80°일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Thereafter, melt spinning the melted alloy (S30). The step of melt spinning here is performed by injecting the molten alloy by non-volatile gas pressure onto the disk surface which rotates at a certain rotational speed when the ingot alloy is molten. Here, the predetermined rotational speed may be about 700 to about 900 rpm, and the angle formed between the disc and the ejection direction when spraying the molten alloy may be about 60 ° to about 80 °, but is not limited thereto.

구체적으로 합금이 완전히 용융되었을 때 가동 스위치를 작동시키면 피스톤 이 움직여 오리피스가 디스크 표면 위에 순간적으로 낙하함으로서 아르곤(Ar) 기체 압력에 의하여 용융 합금을 분사하여 리본 형태의 수소 투과 합금 바디가 수득될 수 있다.Specifically, when the movable switch is operated when the alloy is completely melted, the piston moves and the orifice instantly falls on the disk surface, thereby spraying the molten alloy by argon (Ar) gas pressure to obtain a ribbon-shaped hydrogen permeable alloy body. .

상술한 바에 의하면 상대적으로 얇은 두께를 갖는 리본 형태의 수소 투과 합금 바디가 형성될 수 있다. 그러나 수소 투과 합금 바디의 형상은 리본 형태뿐만 아니라 실질적으로 요구되는 사양에 의해서 다양하게 변경될 수 있는바 후속하여 형상 부여 공정이 수행될 수 있다.As described above, a ribbon-shaped hydrogen permeable alloy body having a relatively thin thickness can be formed. However, the shape of the hydrogen permeable alloy body may be variously changed by not only the shape of the ribbon but also the substantially required specification, and the shaping process may be subsequently performed.

일 예로 리본 형태로 제조된 수소 투과 합금 바디를 유성형 볼밀기를 이용하여 약 150 내지 약 250 RPM에서 5시간 내지 15시간 파쇄한 후 약 70메쉬(mesh)의 체(sieve)를 사용하여 균일한 크기의 합금 분말을 획득한다. 그 후 합금 분말에 다양한 성형 공정을 수행함으로써 요구되는 모양의 수소 투과 합금 바디를 형성할 수 있다.For example, a hydrogen permeable alloy body manufactured in the form of a ribbon was crushed at about 150 to about 250 RPM for 5 to 15 hours using a planetary ball mill, and then uniformly sized using a sieve of about 70 mesh. Obtain an alloy powder. Thereafter, various molding processes may be performed on the alloy powder to form a hydrogen permeable alloy body of a desired shape.

이어서, 수소 투과 합금 바디에 팔라듐 박막을 코팅하여 수소 투과 합금 바디 및 팔라듐 박막을 포함하는 수소 투과 합금 부재를 제조한다(S40).Subsequently, the palladium thin film is coated on the hydrogen permeable alloy body to produce a hydrogen permeable alloy member including the hydrogen permeable alloy body and the palladium thin film (S40).

팔라듐 박막의 두께가 약 50Å 미만인 경우 충분한 내열성 및 내압성을 확보할 수 없다는 문제점이 있다. 반면에 팔라듐 박막의 두께가 약 5000Å을 초과하는 경우 수소 투과 합금 부재의 수소 투과성이 오히려 저하될 수 있다는 문제점이 있 다. 따라서 팔라듐 박막의 두께는 약 50Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 예를 들어, 팔라듐 박막의 두께는 약 800Å일 수 있다.If the thickness of the palladium thin film is less than about 50 kPa, there is a problem that sufficient heat resistance and pressure resistance cannot be secured. On the other hand, when the thickness of the palladium thin film exceeds about 5000 kPa, the hydrogen permeability of the hydrogen permeable alloy member may be rather deteriorated. Therefore, the thickness of the palladium thin film may be about 50 kPa to about 5000 kPa. For example, the thickness of the palladium thin film may be about 800 mm 3.

이하, 상술한 제조 방법에 의해서 제조된 수소 투과 합금 부재를 사용하여 수소를 정제하는 방법을 설명한다.Hereinafter, the method of purifying hydrogen using the hydrogen permeable alloy member manufactured by the above-mentioned manufacturing method is demonstrated.

수소 투과 합금 부재를 이용한 수소 정제 방법Hydrogen Purification Method Using Hydrogen Permeable Alloy Member

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 정제 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a hydrogen purification method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 수소 투과 합금 부재를 준비한다(S100). 2, a hydrogen permeable alloy member is prepared (S100).

수소 투과 합금 부재는 수소 투과 합금 바디 및 수소 투과 합금 바디에 코팅되는 팔라듐 박막을 포함한다. 수소 투과 합금 바디는 니켈 및 니오븀을 주성분으로 하며 구체적으로 하기의 식(1)로 표시되는 일반식을 가질 수 있다.The hydrogen permeable alloy member includes a hydrogen permeable alloy body and a palladium thin film coated on the hydrogen permeable alloy body. The hydrogen permeable alloy body has nickel and niobium as main components, and may specifically have a general formula represented by the following formula (1).

여기서 A 성분은 코발트(Co)일 수 있다. 그리고 B 성분은 구리(Cu) 또는 실리콘(Si)일 수 있다.Here, the component A may be cobalt (Co). The B component may be copper (Cu) or silicon (Si).

그리고 수소 투과 합금 바디가 갖는 결정학적 상태는 강도, 내식성, 자기적 특성, 내마모성, 수소 투과성, 수소취성 등의 특성들을 향상시키기 위하여 비정질 상태일 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예 따르면 수소 투과 합금 바디가 갖는 결정학적 상태는 결정질 상태일 수도 있다.In addition, the crystallographic state of the hydrogen permeable alloy body may be in an amorphous state to improve properties such as strength, corrosion resistance, magnetic properties, wear resistance, hydrogen permeability, hydrogen embrittlement, and the like. However, according to another embodiment of the present invention, the crystallographic state of the hydrogen permeable alloy body may be a crystalline state.

수소 투과 합금 바디에 코팅되는 팔라듐 박막의 두께는 약 50Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 예를 들어, 팔라듐 박막의 두께는 약 800Å일 수 있다. 팔다듐 박막은 수소 투과 합금 바디의 전표면을 둘러싸도록 코팅될 수 있다. 그러나 이와 다르게 팔라듐 박막의 형상은 수소 투과 합금 바디가 갖는 형상에 따라서 다양하게 변경될 수도 있다. 예를 들어, 수소 투과 합금 바디가 갖는 형상이 양측에 수소 압력차가 발생할 수 있는 일측 및 타측을 갖는 형상인 경우 양측의 표면에 코팅될 수 있다.The thickness of the palladium thin film coated on the hydrogen permeable alloy body may be about 50 kPa to about 5000 kPa. For example, the thickness of the palladium thin film may be about 800 mm 3. The palladium thin film may be coated to surround the entire surface of the hydrogen permeable alloy body. Alternatively, however, the shape of the palladium thin film may be variously changed according to the shape of the hydrogen permeable alloy body. For example, when the shape of the hydrogen permeable alloy body is a shape having one side and the other side where a hydrogen pressure difference may occur on both sides, the surface of both sides may be coated.

이어서, 수소 투과 합금 부재의 일측과 타측에 수소 압력차를 발생시킨다(S200). 구체적으로 수소 투과 합금 부재의 일측에 수소를 함유하는 비정제 혼합 가스를 제공함으로써 수소 압력차를 발생시킬 수 있다. 구체적으로 비정제 혼합 가스가 제공된 일측이 수소 고압력측이 되고 그 타측이 수소 저압력측이 된다.Subsequently, a hydrogen pressure difference is generated at one side and the other side of the hydrogen permeable alloy member (S200). Specifically, the hydrogen pressure difference can be generated by providing a non-purified mixed gas containing hydrogen on one side of the hydrogen permeable alloy member. Specifically, one side provided with the unrefined mixed gas becomes the hydrogen high pressure side, and the other side becomes the hydrogen low pressure side.

상기 수소를 함유하는 비정제 혼합 가스의 예로서는 수분, 아르곤, 탄화수소, 메탄, 산소, 질소, 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합 가스일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the crude mixed gas containing hydrogen may be a mixed gas of water, argon, hydrocarbons, methane, oxygen, nitrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, but is not limited thereto.

이어서 상기 수소 압력차를 이용하여 수소 분자를 수소 투과 합금 부재의 수소 고압력 측 표면에 흡착 후 해리시킨다(S300). 상기 수소 원자의 수소 투과 합금 부재로의 흡착 및 해리를 촉진시키기 위하여 온도의 상승 등 주변 분위기를 적절히 조절할 수 있다. 구체적으로 온도 조건은 약 250°C미만인 경우 해리율이 저조하며 약 600°C를 초과하는 경우 열적 안정성이 저하될 우려가 있는바 약 250°C 내지 약 600°C의 온도 조건에서 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 온도 조건은 약 350°C일 수 있다.Subsequently, the hydrogen molecules are adsorbed onto the hydrogen high pressure side surface of the hydrogen permeable alloy member and then dissociated using the hydrogen pressure difference (S300). In order to promote the adsorption and dissociation of the hydrogen atoms to the hydrogen permeable alloy member, an ambient atmosphere such as a rise in temperature can be appropriately adjusted. Specifically, the dissociation rate is low when the temperature is less than about 250 ° C, and thermal stability may decrease when the temperature exceeds about 600 ° C. Therefore, the temperature is preferably performed at a temperature of about 250 ° C to about 600 ° C. Do. For example, the temperature condition may be about 350 ° C.

그 후, 상기 해리된 수소 원자를 수소 투과 합금 부재의 수소 저압력측으로 확산시켜 저압력 표면에서 수소 가스(H₂)로 재결합하여 탈착시킨다(S400).Thereafter, the dissociated hydrogen atoms are diffused to the hydrogen low pressure side of the hydrogen permeable alloy member and recombined with hydrogen gas (H ₂ ) at the low pressure surface to desorb (S400).

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 정제 방법에 따르면 준비된 수소 투과 합금 부재에 수소 압력차를 발생시켜 수소 투과 합금 부재의 수소 저압력측으로부터 수소 고압력측까지 수소 원자를 흡착, 해리, 확산 및 탈착시킨다. 따라서 혼합 가스에 포함된 수소를 선택적으로 투과시키고 순도가 높은 초고순도 수소로 정제시킬 수 있다.That is, according to the hydrogen purification method according to an embodiment of the present invention, by generating a hydrogen pressure difference in the prepared hydrogen permeable alloy member, adsorption, dissociation, diffusion and hydrogen atoms from the hydrogen low pressure side to the hydrogen high pressure side of the hydrogen permeable alloy member Desorption. Therefore, the hydrogen contained in the mixed gas may be selectively permeated and purified into ultra high purity hydrogen having high purity.

수소 투과 특성 관련 실험Hydrogen Permeation Characteristics

니켈, 니오븀, A성분 및 B성분을 각각 적어도 99.9% 이상으로 포함하는 제1 잉곳, 제2 잉곳, 제3 잉곳 및 제4 잉곳을 준비하였다. 제1 잉곳, 제2 잉곳, 제3 잉곳 및 제4 잉곳의 중량비는 최종적으로 Ni₆₀Nb₁₅A₁₅B₁₀의 조성이 얻어질 수 있도록 약 60 : 15 : 15 : 10의 중량비가 되도록 준비하였다.A first ingot, a second ingot, a third ingot and a fourth ingot containing at least 99.9% or more of nickel, niobium, A component and B component were prepared. The weight ratio of the first ingot, the second ingot, the third ingot and the fourth ingot was prepared such that the weight ratio of about 60: 15: 15: 10 was obtained so that the composition of Ni ₆₀ Nb ₁₅ A ₁₅ B ₁₀ was finally obtained.

그 후, 제1 내지 4 잉곳들을 아크 용해법을 적용하여 용융시켰다. 구체적으로 제1 내지 4 잉곳들의 표면들 상에 생성될 수 있는 산화물과 같은 부산물을 제거한 후 제1 내지 4 잉곳들을 아르곤 가스와 같은 불휘발성 가스 분위기에서 아크를 발생시켜 용융시켰다. 아크 용해법을 수행하는 횟수는 1회로 하였다.Thereafter, the first to fourth ingots were melted by applying the arc melting method. Specifically, after removing by-products such as oxides that may be generated on the surfaces of the first to fourth ingots, the first to fourth ingots are generated by melting an arc in a nonvolatile gas atmosphere such as argon gas. The number of arc dissolving methods was performed once.

그 후, 용해된 합금을 멜트 스피닝하였다. 구체적으로 잉곳 합금이 용융된 후 소정의 회전 속도로 회전하는 디스크 표면 위에 불휘발성 기체 압력에 의해 용융 합금을 분사하였다. 여기서 소정의 회전 속도는 약 800 rpm이었으며 용융된 합금을 분사시킬 때 디스크와 분출 방향이 이루는 각도는 약 70°로 하였다.The molten alloy was then melt spun. Specifically, the molten alloy was injected by the nonvolatile gas pressure on the disk surface after the ingot alloy was melted to rotate at a predetermined rotational speed. The predetermined rotation speed was about 800 rpm and the angle formed by the disk and the ejection direction when the molten alloy was sprayed was about 70 °.

보다 구체적으로 합금이 완전히 용융되었을 때 가동 스위치를 작동시켰으며 피스톤이 움직여 오리피스가 디스크 표면 위에 순간적으로 낙하함으로서 아르곤(Ar) 기체 압력에 의하여 용융 합금이 분사되어 리본 형태이며 조성이 Ni₆₀Nb₁₅A₁₅B₁₀인 수소 투과 합금 바디가 수득되었다.More specifically, the movable switch was operated when the alloy was completely melted, and the piston moved and the orifice dropped instantaneously on the surface of the disk, so that the molten alloy was injected by argon (Ar) gas pressure to form a ribbon, and the composition was Ni ₆₀ Nb ₁₅ A. _A hydrogen permeable alloy body of ₁₅ B ₁₀ was obtained.

이어서, 수소 투과 합금 바디에 팔라듐 박막을 코팅하여 수소 투과 합금 바디 및 팔라듐 박막을 포함하는 수소 투과 합금 부재를 제조하였다. 구체적으로 팔라듐 박막은 스퍼터링을 통해 수소 투과 합금 부재의 바디에 코팅되었다. 그리고 팔라듐 박막의 두께는 약 800Å일 수 있다.Subsequently, a palladium thin film was coated on the hydrogen permeable alloy body to prepare a hydrogen permeable alloy member including the hydrogen permeable alloy body and the palladium thin film. Specifically, the palladium thin film was coated on the body of the hydrogen permeable alloy member through sputtering. And the thickness of the palladium thin film may be about 800Å.

따라서 조성이 Ni₆₀Nb₁₅A₁₅B₁₀인 수소 투과 합금 바디 및 수소 투과 합금 바디에 코팅된 팔라듐 박막을 포함하는 수소 투과 합금 부재를 수득하였다. 그 후, 팔라듐 박막으로 코팅되지 않고 조성이 Ni₆₀Nb₄₀ 및 Ni₆₀Nb₂₀Ti₁₅Zr₅를 추가로 준비하였다.Thus, a hydrogen permeable alloy member including a hydrogen permeable alloy body having a composition of Ni ₆₀ Nb ₁₅ A ₁₅ B ₁₀ and a palladium thin film coated on the hydrogen permeable alloy body was obtained. Thereafter, Ni ₆₀ Nb ₄₀ and Ni ₆₀ Nb ₂₀ Ti ₁₅ Zr ₅ were further prepared without coating with a palladium thin film.

이어서, 수소 투과 합금 부재들의 일측과 타측에 수분, 아르곤, 탄화수소, 메탄, 산소, 질소, 일산화탄소 및 이산화탄소가 혼합된 수소 함유 비정제 혼합 가스를 제공하여 수소 압력차를 발생시켰다. 그 후, 각 수소 투과 합금 부재 마다의 온도에 따른 투과율을 측정하였다.Subsequently, one side and the other side of the hydrogen permeable alloy members were provided with a hydrogen-containing crude mixed gas in which water, argon, hydrocarbons, methane, oxygen, nitrogen, carbon monoxide and carbon dioxide were mixed to generate a hydrogen pressure difference. Thereafter, the transmittance according to the temperature of each hydrogen permeable alloy member was measured.

도 3은 Ni₆₀Nb₁₅A₁₅B₁₀인 수소 투과 합금 바디에 팔라듐 박막이 코팅된 수소 투과 합금 바디 그리고 조성이 각각 Ni₆₀Nb₄₀ 및 Ni₆₀Nb₂₀Ti₁₅Zr₅인 종래의 수소 투과 합금 부재들의 온도에 따른 수소 투과율을 나타내는 그래프이다.3 is a hydrogen permeable alloy body coated with a palladium thin film on a hydrogen permeable alloy body of Ni ₆₀ Nb ₁₅ A ₁₅ B ₁₀ and a conventional hydrogen permeable alloy member having a composition of Ni ₆₀ Nb ₄₀ and Ni ₆₀ Nb ₂₀ Ti ₁₅ Zr ₅ , respectively. It is a graph showing the hydrogen transmittance according to the temperature of these.

도 3을 참조하면, Ni₆₀Nb₁₅A₁₅B₁₀인 수소 투과 합금 바디에 팔라듐 박막이 코팅된 수소 투과 합금 바디에서의 수소 투과율이 조성이 각각 Ni₆₀Nb₄₀ 및 Ni₆₀Nb₂₀Ti₁₅Zr₅인 종래의 수소 투과 합금 부재들의 수소 투과율보다 높음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the hydrogen permeability of the hydrogen permeable alloy body coated with the palladium thin film on the hydrogen permeable alloy body of Ni ₆₀ Nb ₁₅ A ₁₅ B ₁₀ is Ni ₆₀ Nb ₄₀ and Ni ₆₀ Nb ₂₀ Ti ₁₅ Zr _{5, respectively.} It can be seen that the hydrogen permeability of the conventional hydrogen permeable alloy members.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 수소 투과 합금 부재, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 수소 정제 방법에 대해서 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the hydrogen permeable alloy member, a method for preparing the same, and a method for purifying hydrogen using the same have been described with reference to preferred embodiments of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that the present invention described in the following claims It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope.

Claims

니켈(Ni);Nickel (Ni);

니오븀(Nb);Niobium (Nb);

코발트(Co)인 A성분; 및A component which is cobalt (Co); And

구리(Cu) 또는 실리콘(Si)인 B성분으로 이루어진 수소 투과 합금 바디를 포함하고,It comprises a hydrogen permeable alloy body consisting of a B component of copper (Cu) or silicon (Si),

상기 니켈, 상기 니오븀, 상기 A성분 및 상기 B성분의 중량%는 각각 100-X-Y-Z, X, Y 및 Z(X, Y 및 Z는 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18 및 8≤Z≤12)인 수소 투과 합금 부재.The weight percentages of the nickel, niobium, A component and B component are 100-XYZ, X, Y and Z (X, Y and Z are 12≤X≤18, 12≤Y≤18 and 8≤Z, respectively). A hydrogen permeable alloy member of ≤ 12).

삭제delete

제 1 항에 있어서, The method of claim 1,

상기 수소 투과 합금 바디는 비정질 상태인 수소 투과 합금 부재.And the hydrogen permeable alloy body is in an amorphous state.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 수소 투과 합금 바디는 결정질 상태인 수소 투과 합금 부재.And the hydrogen permeable alloy body is in a crystalline state.

제 1 항에 있어서, The method of claim 1,

상기 수소 투과 합금 바디에 코팅되는 팔라듐 박막을 더 포함하는 수소 투과 합금 부재. Hydrogen permeable alloy member further comprises a palladium thin film coated on the hydrogen permeable alloy body.

제 6 항에 있어서, The method of claim 6,

상기 팔라듐 박막의 두께는 50Å 내지 5000Å인 수소 투과 합금 부재.The palladium thin film is a hydrogen permeable alloy member having a thickness of 50 kPa to 5000 kPa.

제 1 항에 있어서, The method of claim 1,

상기 수소 투과 합금 바디의 형상은 리본 형상인 수소 투과 합금 부재.The hydrogen permeable alloy member is shaped like a ribbon.

니켈로 이루어진 제1 잉곳, 니오븀으로 이루어진 제2 잉곳, 코발트로 이루어진 제3 잉곳 및 구리 또는 실리콘으로 이루어진 제4 잉곳을 상기 제1 잉곳, 상기 제2 잉곳, 상기 제3 잉곳 및 상기 제4 잉곳의 중량비가 각각 100-X-Y-Z : X : Y : Z(X, Y 및 Z는 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18 및 8≤Z≤12)가 되도록 준비하는 단계;A first ingot made of nickel, a second ingot made of niobium, a third ingot made of cobalt, and a fourth ingot made of copper or silicon, the first ingot, the second ingot, the third ingot and the fourth ingot Preparing a weight ratio such that 100-XYZ: X: Y: Z (where X, Y and Z are 12≤X≤18, 12≤Y≤18 and 8≤Z≤12, respectively);

상기 제1 내지 4 잉곳들을 용융시키는 단계;Melting the first to fourth ingots;

상기 제1 내지 4 잉곳들의 용융된 합금을 멜트 스피닝하여 수소 투과 합금 바디를 형성하는 단계; 및Melt spinning the molten alloy of the first to fourth ingots to form a hydrogen permeable alloy body; And

상기 수소 투과 합금 바디에 팔라듐 박막을 코팅하는 단계를 포함하는 수소 투과 합금 부재 제조 방법.Coating a palladium thin film on the hydrogen permeable alloy body.

제 9 항에 있어서, The method of claim 9,

상기 수소 투과 합금 바디는 비정질 상태인 수소 투과 합금 부재 제조 방법.And the hydrogen permeable alloy body is in an amorphous state.

제 9 항에 있어서, The method of claim 9,

상기 수소 투과 합금 바디는 결정질 상태인 수소 투과 합금 부재 제조 방법.And said hydrogen permeable alloy body is in a crystalline state.

제 9 항에 있어서, The method of claim 9,

상기 수소 투과 합금 바디는 리본 형상을 갖는 수소 투과 합금 부재 제조 방법.And said hydrogen permeable alloy body has a ribbon shape.

제 9 항에 있어서, The method of claim 9,

상기 팔라듐 박막은 스퍼터링 방법으로 코팅되고 두께는 50Å 내지 5000Å인 수소 투과 합금 부재 제조 방법.The palladium thin film is coated by a sputtering method and a thickness of 50 kPa to 5000 kPa hydrogen permeable alloy member manufacturing method.

Ni_100-X-Y-ZNb_XA_YB_Z(X, Y 및 Z는 중량%로 각각 12≤X≤18, 12≤Y≤18 및 8≤Z≤12, A성분은 코발트, B성분은 구리 또는 실리콘)으로 표시되는 일반식의 조성을 갖는 수소 투과 합금 바디 및 상기 수소 투과 합금 바디에 코팅되는 팔라듐 박막을 포함하는 수소 투과 합금 부재를 준비하는 단계;Ni _100-XYZ Nb _X A _Y B _Z (X, Y and Z are in weight percent of 12≤X≤18, 12≤Y≤18 and 8≤Z≤12, A component is cobalt, B component is copper or silicon Preparing a hydrogen permeable alloy member including a hydrogen permeable alloy body having a composition of the general formula represented by the following formula and a palladium thin film coated on the hydrogen permeable alloy body;

상기 수소 투과 합금 부재의 일측에 수소를 함유하는 비정제 혼합 가스를 제공하여 상기 일측 및 타측 간에 수소 압력차를 발생시키는 단계;Providing a crude mixed gas containing hydrogen to one side of the hydrogen permeable alloy member to generate a hydrogen pressure difference between the one side and the other side;

상기 수소를 상기 일측에 흡착 후 해리되도록 하는 단계; 및Adsorbing the hydrogen to one side and dissociating the hydrogen; And

상기 수소를 상기 수소 투과 합금 부재 내에서 상기 타측으로 확산시킨 후 상기 타측으로부터 수소 가스로 재결합하여 탈착시키는 단계를 포함하는 수소 정제 방법.And diffusing the hydrogen to the other side in the hydrogen permeable alloy member and then recombining and desorbing the hydrogen gas from the other side.

제 14 항에 있어서, The method of claim 14,

상기 수소 투과 합금 부재는 비정질 상태인 수소 정제 방법.And the hydrogen permeable alloy member is in an amorphous state.

제 14 항에 있어서, The method of claim 14,

상기 수소 투과 합금 부재는 결정질 상태인 수소 정제 방법.And said hydrogen permeable alloy member is in a crystalline state.

제 14 항에 있어서, The method of claim 14,

상기 수소 투과 합금 바디는 리본 형상을 갖는 수소 정제 방법.The hydrogen permeable alloy body has a ribbon shape hydrogen purification method.

제 14 항에 있어서, The method of claim 14,

상기 팔라듐 박막의 두께는 50Å 내지 5000Å인 수소 정제 방법.The thickness of the palladium thin film is 50 kPa to 5000 kPa hydrogen purification method.