RU2757296C1 - Сплав на основе палладия - Google Patents
Сплав на основе палладия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757296C1 RU2757296C1 RU2021104285A RU2021104285A RU2757296C1 RU 2757296 C1 RU2757296 C1 RU 2757296C1 RU 2021104285 A RU2021104285 A RU 2021104285A RU 2021104285 A RU2021104285 A RU 2021104285A RU 2757296 C1 RU2757296 C1 RU 2757296C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- palladium
- alloys
- alloy
- temperature
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C5/00—Alloys based on noble metals
- C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе палладия для изготовления водородопроницаемых мембран, применяемых при производстве высокочистого водорода, а также в качестве мембранных катализаторов для получения особочистых веществ. Сплав на основе палладия содержит, мас.%: иттрий - 7, рутений - 0,3-1,5, кобальт 0,1-1, палладий – остальное. Обеспечивается высокая водородопроницаемость, пониженная температура α↔β гидридного перехода. 1 табл.
Description
Изобретение относится к сплавам на основе палладия для изготовления водородопроницаемых мембран, применяемых для получения высокочистого водорода из водородосодержащих газовых смесей, а также используются в качестве мембранных катализаторов для получения особочистых веществ.
Известны сплавы на основе палладия, применяемые для этих целей: сплав Pd-23Mac. %Ag [Патент, US3350845, 1965 г.]; сплав B1 (15Ag-3Au-0,6Pt-0,6Ru-0,2А1 (мас. %)) [Патент US3804616, 1974 г.], которые при температурах 300-600°С имеют следующую водородопроницаемость (Q, (нм3⋅мм)/(м2⋅ч⋅МПа0,5)): Pd-23Mac. %Ag 1,6 - 3,0, а сплав В1 0,83 - 1,67 соответственно.
Недостатком данных сплавов является высокая (300°С) температура нижней границы рабочей температуры мембран. Для данных сплавов температура 300°С соответствует температуре α↔β гидридного перехода т.к. при работе мембран при 20-300°С в атмосфере водорода происходит увеличение объема мембраны и разрушение ее, поэтому мембраны до рабочей температуры нагревают в инертной атмосфере. Высокая температура значительно ограничивает применение их в качестве мембранных катализаторов при синтезе органических веществ, а также содержание большой доли серебра, способствующие выходу мембран из строя во время длительной эксплуатации при температурах 500-600°С т.к. при этих температурах наблюдается отравление мембран. Для сплава В1, кроме того, характерны довольно частые отказы в работе мембран из-за неравномерного распределения легирующих элементов.
Известны также сплавы не содержащие серебро, например, сплав Pd-6 мас. % In-0,5 мас. %Ru [Патент №959442 от 04.06.1981 г]. Преимуществам данного сплава является стабильность структуры и длительность работы мембран из него.
Недостатком данного сплава также являются высокая температура нижней границы рабочей температуры мембран и низкая водородопроницаемость в диапазоне температур 300-600°С, сравнимая со сплавов В1: 0,8 - 2,21 (нм3⋅мм)/(м2⋅ч⋅МПа0,5).
Известно, что высокой водородопроницаемостью обладают сплавы легированные иттрием. Максимальная водородопроницаемость наблюдается у сплава Pd-7 мас. %Y, его водородопроницаемость в диапазоне температур 300-600°С в 2-3 раза превышает водородопроницаемость указанных выше сплавов. [Knapton A.G. / Palladium Alloys for Hydrogen Diffusion Membranes // Platinum Metals Review, 1977, V.21, P.44-50.; G.S. Burkhanov, N.B. Kolchugina, N.R. Roshan, D.I. Slovetskii, E.M. Chistov, Palladium-based alloy membranes for separation of high purity hydrogen from hydrogen-contain gas mixture, // Platinum Metals Review, 2011, V.55, Issue 1, P.3-12.; Wei Su, Ping Qian, Ying Liu, Jiang Shen, Nan-Xian Chen / First principle calculations of yttrium-doped palladium clusters // Computer Physics Communication Volume 181, Issue 4, April 2010, Pages 726-731].
Несмотря на то, что нижняя температурная граница работы таких сплавов находится в пределах 250-260°С, она остается достаточно высокой для работы с органическими веществами. Кроме того, недостатком мембран из сплавов Pd-Y является их нестабильность (изменение водородопроницаемости при эксплуатации).
Наиболее близким сплавом к предлагаемому, является сплав с максимальной водородопроницаемостью - Pd-7Mac. %Y. иттрием [Doyle, М., Order-Disorder solid state transformations and hydrogen solubility in a range of Pd-Y solid solution alloys. 1989, Ph.D Thesis. University of Birmingham., Бурханов Г.С.Сплавы палладия с редкоземельными металлами - перспективные материалы для водородной энергетики / Г.С.Бурханов, Н.Б. Горина, Н.Б. Кольчугина, Н.Л. Кореновский, Н.Р. Рошан, Д.И. Словецкий, Е.М Чистов // Тяжелое машиностроение, 2007. №11. С. 17.].
Недостатком данного сплава является высокая температура нижней границы рабочей температуры и нестабильная работа в атмосфере водорода. При длительной работе мембраны из сплава Pd-7 мас. %Y в диапазоне температур 500-600°С, мембрана покрывается окисной пленкой, в следствие этого водородопроницаемость резко уменьшается.
Задачей на которое направленно данное изобретения является создание сплавов, стабильно работающих в водородсодержащих газовых смесях без изменения их водородопроницаемости в широком температурном интервале.
Техническим результатом изобретения является расширение диапазона рабочих температур и повышение стабильности и долговечности работы мембран с высокой водородопроницаемостью из сплава Pd-7Mac. %Y в атмосфере водорода.
Технический результат достигается за счет того, что в сплав на основе палладия легированный иттрием дополнительно вводится рутений и кобальт. Были исследованы сплавы Pd-7Mac. %Y с дополнительным содержанием Ru от 0,3 до 1,5% и Со от 0,1 до 1%. Все сплавы находятся в области твердого раствора.
Сплавы готовились в электродуговой печи на медном водоохлаждаемом поду с нерасходуемым вольфрамовым электродом в защитной атмосфере (избыточное давление гелия 600-800 мм рт. ст.). Предварительный вакуум в камере печи не хуже 10-4 мм рт. ст.
Из сплавов методом холодной деформации с промежуточными вакуумными отжигами при температурах 900-950°С получали фольги-мембраны толщиной 50 мкм. На фольгах измерялась водородопроницаемость при температуре.
Измерение водородопроницаемости проводили в высокотемпературной рабочей ячейки на испытательном стенде методом заполнения калиброванного объема.
Легирование сплава Pd-7Mac. %Y Ru и Со в подобранном соотношении позволяет получить сплавы с максимальной водородопроницаемостью, сопоставимый с водородопроницаемостью Pd-7Mac. %Y. Сплавы имеют пониженную температуру рабочего температурного предела, обусловленную температурой α↔β гидридного перехода, и выдерживают длительную работу в атмосфере водорода. Нижняя граница рабочих температур и водородопроницаемость приведены в таблице.
Из таблицы видно, что добавка Ru менее 0,3 мас. % и Со менее 0,1 мас. % практически не меняют нижнюю рабочую температуру, заметно не сказываются на водородопроницаемости, стабильности и долговечности работы мембраны. Содержания Ru в сплавах более 1,5 мас. % и Со более 1 мас. % повышают стабильность работы, но значительно снижают их водородопроницемость и потому не целесообразны.
Таким образом, предлагаемый сплав Pd-7Mac. % Y-0,5Mac. % Ru-0,5Mac. Co способен стабильно работать длительное время в атмосфере водорода, обладает максимальной водородопроницаемостью и сниженной на 50°С температурой α↔β гидридного перехода.
Claims (1)
- Водородопроницаемый сплав на основе палладия, содержащий иттрий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рутений и кобальт при следующем соотношении, мас.%: иттрий - 7, рутений - 0,3-1,5, кобальт 0,1-1, палладий - остальное.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021104285A RU2757296C1 (ru) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Сплав на основе палладия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021104285A RU2757296C1 (ru) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Сплав на основе палладия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2757296C1 true RU2757296C1 (ru) | 2021-10-13 |
Family
ID=78286463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021104285A RU2757296C1 (ru) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Сплав на основе палладия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757296C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU463729A1 (ru) * | 1973-07-02 | 1975-03-15 | Донецкий Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Сплав на основе паллади |
JP2000247605A (ja) * | 1999-02-26 | 2000-09-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素透過用Pd合金膜及びその作製方法 |
US7655183B2 (en) * | 2005-12-23 | 2010-02-02 | Utc Power Corporation | Durable pd-based alloy and hydrogen generation membrane thereof |
RU130987U1 (ru) * | 2013-01-29 | 2013-08-10 | Александр Иосифович Лившиц | Мембрана для выделения водорода из газовых смесей |
US9269965B2 (en) * | 2010-06-29 | 2016-02-23 | Korea Institute Of Science And Technology | Pd-Y alloy catalyst, method for preparing the same, and fuel cell comprising the catalyst |
JP2016059902A (ja) * | 2014-09-19 | 2016-04-25 | 東京瓦斯株式会社 | 水素分離装置および水素分離方法 |
CN108300970A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-07-20 | 山东建筑大学 | 一种梯度钯钇透氢复合薄膜材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-02-19 RU RU2021104285A patent/RU2757296C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU463729A1 (ru) * | 1973-07-02 | 1975-03-15 | Донецкий Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Сплав на основе паллади |
JP2000247605A (ja) * | 1999-02-26 | 2000-09-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素透過用Pd合金膜及びその作製方法 |
US7655183B2 (en) * | 2005-12-23 | 2010-02-02 | Utc Power Corporation | Durable pd-based alloy and hydrogen generation membrane thereof |
US9269965B2 (en) * | 2010-06-29 | 2016-02-23 | Korea Institute Of Science And Technology | Pd-Y alloy catalyst, method for preparing the same, and fuel cell comprising the catalyst |
RU130987U1 (ru) * | 2013-01-29 | 2013-08-10 | Александр Иосифович Лившиц | Мембрана для выделения водорода из газовых смесей |
JP2016059902A (ja) * | 2014-09-19 | 2016-04-25 | 東京瓦斯株式会社 | 水素分離装置および水素分離方法 |
CN108300970A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-07-20 | 山东建筑大学 | 一种梯度钯钇透氢复合薄膜材料及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Napporn et al. | Operating conditions of a single-chamber SOFC | |
Hara et al. | An amorphous alloy membrane without noble metals for gaseous hydrogen separation | |
Albrecht et al. | Reactions in the Niobium‐Hydrogen System | |
US6468499B1 (en) | Method of generating hydrogen by catalytic decomposition of water | |
JP2005535084A5 (ru) | ||
KR20100016408A (ko) | 수용액에 대한 내식성이 있는 탄탈계 합금 | |
Adams et al. | Hydrogen permeability of multiphase V–Ti–Ni metallic membranes | |
Langguth et al. | Studies on oxidative coupling of methane using high-temperature proton-conducting membranes | |
RU2757296C1 (ru) | Сплав на основе палладия | |
US10590516B2 (en) | Alloy for catalytic membrane reactors | |
Mandal et al. | Synthesis, characterization and hydrogenation behaviour of Mg-ξwt.% FeTi (Mn) and La2Mg17—ξwt.% LaNi5—new hydrogen storage composite alloys | |
Dolan et al. | Suppression of the critical temperature in binary vanadium hydrides | |
JP4953337B2 (ja) | 水素分離・精製用複相合金 | |
JP2001003132A (ja) | 水素吸蔵合金 | |
US8377606B2 (en) | Paraffin fuel cell | |
Chandra et al. | Hydriding and structural characteristics of thermally cycled and cold-worked V–0.5 at.% C alloy | |
Sugimoto et al. | Ru-based SOFC anodes: Preparation, performance, and durability | |
US20150030529A1 (en) | Isothermal synthesis of fuels with reactive oxides | |
US20020114725A1 (en) | Palladium-boron alloys and methods for making and using such alloys | |
Wyatt et al. | Control of corrosion in molten carbonate fuel cells | |
US7381368B2 (en) | Palladium-boron alloys and methods for making and using such alloys | |
Park et al. | Preparation, characterization and stability of vanadium/Y2O3-stabilized ZrO2 composite membranes under different atmospheres | |
Kibria et al. | Hysteresis of pressure-composition and electrical resistance-composition isotherms of palladium–silver alloys–hydrogen system | |
Cherendina et al. | Dual-phase La0. 5Sr0. 5Fe0. 8Co0. 2O3− δ-Ce0. 8Sm0. 2O2-δ hollow fiber membranes for oxygen separation | |
US3407094A (en) | Method of in situ preparation of hydrogen and simultaneous hydrogen control in electrochemical cells |