[发明专利]渗漏稳定性气体分离膜系统的制备或修复方法

说明书

本发明涉及制造渗漏稳定性气体分离膜系统的方法和在使用一段时间之后修复(reconditioning)这样的系统的方法。

多年来，一直在进行开发新的和改进的气体分离膜和膜系统的努力，所述膜和膜系统可用于从气体混合物中选择性分离一种气体。例如，已知在多孔载体材料上包含贵金属薄涂层的可渗透氢的复合金属膜可用于从含氢气态流中分离氢。然而，这些类型的氢分离膜当用于高温氢分离应用时，它们的性能倾向于不稳定。

当它用于高温应用时，这种稳定性的缺乏归结于在所述气体选择性贵金属涂层和多孔载体中形成的渗漏。所述复合气体分离系统中渗漏的形成可部分归因于使多孔载体适合用于气体分离应用的特征：孔。多孔载体中的孔产生在其上沉积薄的贵金属涂层的不平表面(例如峰和谷)。在沉积期间，所述贵金属倾向于首先沉积在所述表面的较高点上。这可引起在所述膜的气体选择性贵金属涂层中保留很细小的孔或缺陷。这些细小的孔和缺陷可能难以填补，因为经常难以将贵金属粒子例如钯选择性吸引到这么小的孔和缺陷中。

在贵金属膜中避免渗漏形成的一种途径是通过将薄的贵金属层连续镀敷到多孔载体上，任选继之以退火。例如，美国专利7,390,536公开了用于从含氢气的气态流中选择性分离氢气的气体分离组件。该专利的气体分离组件如下制造：首先在多孔基底上沉积气体选择性金属，接着研磨所生成的涂层基底，和然后在所述涂层的抛光多孔基底上进行一或多次沉积第二层气体选择性金属。所提到的用于沉积所述气体选择性金属的技术包括无电镀敷。添加多个金属层以努力减少或消除可发生渗漏的孔数量。然而，在实践中已经证明，密封最后剩余的细小孔，而不产生过厚以至于因性能差(例如氢通量过低)和造价高(使用的贵金属量过大)而不可用和/或商业上不实用的层，是困难的。

此外，虽然US7,390,536公开了制造气体分离组件的方法，所述气体分离模块包括负载在基底上的致密的气体选择性膜，它没有教导当已经制造的气体分离膜具有缺陷，使它在其使用期间不再能够、或决不能够阻止不期望的气体渗漏过所述膜时，修复或修补所述膜的成本有效的方法。

再有，并且如上所述，已知的制造气体分离膜的方法需要多次重复贵金属沉积，这增加了所述制造方法的低效。在任何制造方法中减少步骤数量通常会降低成本。因此，需要制造气体分离膜和系统的更有效方法。另外，还需要修复已有的气体分离膜的经济有效方法。

因此，提供了制造气体分离膜的方法，其中所述方法包括提供镀敷容器，所述容器包含一定体积的具有一定浓度的气体选择性金属离子的镀液。多孔载体放在所述镀敷容器内并与镀液接触。所述多孔载体具有第一表面和第二表面，每个所述表面与另一个相对，从而限定载体厚度。

所述多孔载体在镀液中保持一定时间段，同时保持所述镀敷容器内的镀敷条件，从而促进所述气体选择性金属离子从所述镀液无电沉积到所述多孔载体的所述第一表面上。在所述沉积过程期间，镀液以期望的循环速率通过所述镀敷容器循环。在这种方式中，所述气体选择性金属的膜层沉积在所述第一表面上，从而提供负载型膜。

图1是镀敷系统的示意图，示出了无电镀敷过程期间镀液的循环。

图2是镀敷系统示意图，示出了无电镀敷过程期间镀液的循环和跨多孔载体厚度施加的压差。

图3是镀敷系统示意图，示出了无电镀敷过程期间镀液的循环和跨多孔载体厚度施加的压差。

图4是镀敷系统示意图，示出了无电镀敷过程期间跨多孔载体厚度施加的压差。

在以下描述中，为了说明，阐述了许多细节，例如示例性的浓度和可替代步骤或程序，以提供对本发明的一种或多种实施方式的理解。然而，对本领域技术人员显而易见和将显而易见的是，这些具体细节不是实践本发明所需要的。

此外，以下详细说明是当前预期的执行本发明的最佳模式。所述描述不意欲是限制性意义，并且只为了说明本发明的一般原理而进行。结合附图参考以下详细说明，可以更容易理解本发明的各种特征和优点。

作为初始问题，和作为对阅读者的帮助，定义了若干术语并介绍了气体分离膜或系统的一般说明。

一般而言，本文中使用的气体分离膜由其上沉积连续的薄金属膜和/或其它材料层的气体可渗透的多孔载体构成以形成不可渗透液体和特殊气体的复合膜。在这种方式中，所述膜可用于分离特定的气体。