[发明专利]一种用于分离氢气的复合膜及其制备方法和氢气分离器

权利要求书

1.一种用于分离氢气的复合膜，该复合膜包括依次形成的多孔材料支撑层(101)、中间防扩散层(102)和合金透氢膜层(103)，其中，所述多孔材料支撑层(101)为金属或金属合金，中间防扩散层(102)为所述多孔材料支撑层金属或金属合金的氧化物，多孔材料支撑层(101)和中间防扩散层(102)为一体结构。

2.根据权利要求1所述的复合膜，其中，所述多孔材料支撑层(101)为不锈钢材料，中间防扩散层(102)为氧化铁。

3.根据权利要求1所述的复合膜，其中，所述复合膜为管状，管状的复合膜从内向外依次包括多孔材料支撑层(101)、中间防扩散层(102)和合金透氢膜层(103)。

4.根据权利要求1所述的复合膜，其中，多孔材料支撑层(101)的平均孔直径为0.01-2微米，厚度为0.1-3.0毫米，孔隙率为20-50％。

5.根据权利要求1所述的复合膜，其中，中间防扩散层(102)的厚度为5-20微米，平均孔直径为0.01-0.1微米。

6.根据权利要求1所述的复合膜，其中，合金透氢膜层(103)为钯银合金、钯铜合金或钯金合金；合金透氢膜层的厚度为0.5-25微米。

7.权利要求1所述的用于分离氢气的复合膜的制备方法，该方法包括在多孔材料支撑层的表面形成中间防扩散层，然后在中间防扩散层的表面形成合金透氢膜层，其特征在于，所述多孔材料支撑层为金属或金属合金，在多孔材料支撑层的表面形成中间防扩散层的方法为将多孔材料支撑层表面的金属或金属合金氧化成金属氧化物。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，将多孔材料支撑层表面的金属或金属合金氧化成金属氧化物的方法包括将多孔材料支撑层与氧化性气体接触，接触的条件和氧化性气体的用量足以使多孔材料支撑层表面形成厚度为5-20微米的金属氧化物。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述接触的条件包括接触温度为300℃至小于多孔材料支撑层金属或金属合金熔点的温度，接触时间为6-12小时；氧化性气体的用量不小于使所述金属形成厚度为5-20微米的金属氧化物的氧化性气体的理论用量。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，多孔材料支撑层为不锈钢材料，所述接触的条件包括接触的温度为400-900℃。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，将多孔材料支撑层与氧化性气体接触之前，在1-5小时内将多孔材料支撑层的温度从室温升至接触的温度；将多孔材料支撑层与氧化性气体接触之后，在5-20分钟内将表面形成有中间防扩散层的多孔材料支撑层的温度从接触的温度降至50-100℃。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，在中间防扩散层的表面形成合金透氢膜层的方法为磁控溅射法，磁控溅射法包括在溅射条件下将靶材溅射到基材表面，所述靶材为组成合金透氢膜层的金属，基材为表面形成有中间防扩散层的多孔材料支撑层；所述溅射条件包括靶材与基材之间的距离为5-20厘米，基材温度为300-500℃，基材的转动速度为15-25转/分钟，背底真空度为3×10^-5至9×10^-5帕，溅射气压为0.1-1帕，溅射气氛为惰性气体，溅射功率为10-200瓦，溅射时间为1-5小时。

13.一种氢气分离器，该氢气分离器包括由用于分离氢气的复合膜形成的氢气选择性透过腔室(202)、氢气收集腔室(203)、富氢混合气入口(201)、氢气出口(204)和残留气体出口(205)，氢气选择性透过腔室(202)位于氢气收集腔室(203)中，富氢混合气入口(201)和残留气体出口(205)与氢气选择性透过腔室(202)连通，氢气出口(204)与氢气收集腔室(203)连通，其特征在于，用于分离氢气的复合膜为权利要求1-6中任意一项所述的复合膜。

14.根据权利要求13所述的氢气分离器，氢气选择性透过腔室(202)为列管或螺旋管形式。