[发明专利]包括带有涂覆的无机氧化物颗粒层和气体选择性材料覆盖层的基质的气体分离膜及其制备和用途

说明书

技术领域

本发明涉及包括多孔基质的气体分离膜、气体分离膜的制备及其 用途，其中在所述多孔基质上是覆盖有氢可渗透材料的覆盖层的贵金 属蛋壳状催化剂层。

背景技术

多年以来一直致力于开发用于从气体混合物中选择性分离特定气 体的新型和改进的复合气体分离膜。例如，已知由多孔载体材料上的 薄贵金属涂层组成的氢可渗透的复合金属膜可用于从含氢气态物流中 分离氢。但当在高温氢分离应用中使用时，这些类型的氢分离膜的性 能趋向于不稳定。据认为，这种稳定性的缺乏是由于当在高温应用中 使用时在膜的贵金属涂层与可渗透的基底金属之间的金属间扩散所引 起的。铁和其它元素从可渗透的基底金属内至贵金属涂层中的扩散导 致贵金属涂层的选择性可渗透性降低。为了解决与氢分离膜有关的这 个和其它问题，一直致力于开发具有放置于贵金属层和多孔载体材料 之间用作金属扩散阻挡层的中间层的复合气体分离膜。

现有技术的复合气体分离组件的实例是由美国专利申请公开号US 2006/0016332所教导的那些，所述专利公开了具有预先活化的粉末和 粘合剂金属的中间层的组件，所述预先活化的粉末和粘合剂金属在沉 积于多孔基质之上的整个中间层中均匀分布，和在所述中间层之上是 致密的气体选择性膜覆盖层。预先活化的粉末可以是通过例如利用含 水活化溶液通过例如用氢选择性金属使粉末引晶而将金属核(例如钯 核)沉积至粉末的表面而表面活化的金属、金属氧化物、陶器或沸石粉 末。该出版物教导可以如下实现表面活化：首先用含水二氯化锡(SnCl₂) 敏化溶液使粉末敏化，随后用含水氯化钯(PdCl₂)活化溶液使它活化。 该出版物没有教导任何其它的表面活化方法。

US 2006/0016332没有公开在它的气体分离组件的制备中使用蛋 壳状催化剂中间层。此外，本申请的发明人已经确定使用如US 2006/0016332所教导通过使用含水二氯化锡敏化溶液制备的表面活 化的粉末趋向于在表面活化的粉末上留下不需要量的锡。Paglieri等 人在他们的标题为“A New Preparation Technique for Pd/Alumina Membranes with Enhanced High-Temperature Stability”，Ind.Eng. Chem.Res.1999，38，1925-1936的论文中注意到了钯膜中的锡污染 的不良影响，其中陈述了锡的存在可能对高温气体分离膜的稳定性产 生不利影响。敏化方法的另一缺点是它利用含水二氯化锡溶液。这是 含水的废物，在它的处置之前需要另外的处理。

US 2006/0016332另外建议在它的气体分离组件的中间层中需要 使用和施涂粘合剂金属，以达到提供机械稳定性的目的。取消使用该 粘合剂金属可以通过在它的制备中取消至少一个步骤而提供复合气体 分离组件的更低的制备成本，和也可通过减少在它的制备中需要使用 的金属的量而降低复合气体分离组件的成本。

因此，本发明的目的是提供用于在高温条件下从含氢气体物流中 选择性分离氢的复合气体分离膜。

本发明的另一目的是提供制备复合气体分离膜的改进方法。

本发明的又一目的是提供用于从含氢气体物流中选择性分离氢的 方法。

本发明的又一目的是蛋壳状催化剂在气体分离膜制备中的新用 途。

发明内容

因此，本发明的一个方面是气体分离膜，包括：用贵金属蛋壳状 催化剂层处理过的多孔基质，其中所述层用气体选择性材料覆盖层涂 覆。

本发明的另一方面是制备气体分离膜的方法，其中所述方法包括： 向多孔基质表面涂布贵金属蛋壳状催化剂层，从而提供表面处理过的 多孔基质；和用气体选择性材料覆盖层涂覆所述表面处理过的多孔基 质，从而提供适合用作所述气体分离膜的涂覆的、表面处理过的多孔 基质。

本发明的又一方面是用于从含氢气体物流中分离氢的方法，其中 所述方法包括：使所述含氢气体物流通过气体分离膜，其温度和压力 条件使得氢从所述含氢气体物流中选择性通过所述气体分离膜，其中 所述气体分离膜包含用贵金属蛋壳状催化剂层处理过的多孔基质，所 述层用气体选择性材料覆盖层涂覆。

附图说明

图1描述了在本发明的气体分离膜的制备中涂布至多孔基质表面 的贵金属蛋壳状催化剂的某些特征。