[发明专利]一种非对称复合陶瓷透氢膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种非对称复合陶瓷透氢膜的制备方法，属于环保材料技术领域。本发明选取化学稳定性较好的钨酸稀土系化合物作为膜材料，通过将电子导电相金属Ni引入到膜中，利用柠檬酸‑硝酸盐燃烧法，把离子形式的镍引入到钨酸稀土系化合物中，再还原成单质Ni，形成电子传导通道，从而提高膜的体相扩散速率，增大膜片透氢量，制备的双相膜两相混合更加均匀，具有更高的透氢量和化学稳定性；本发明通过在透氢膜生坯膜片内壁上沉积具有高催化活性的稀土纳米颗粒作为支撑骨架，与导电相金属Ni形成连续的导电网格，增加电化学反应活性位点，具有良好的催化活性，有效改善透氢膜的稳定性差和透氢率。

技术领域

本发明涉及一种非对称复合陶瓷透氢膜的制备方法，属于环保材料技术领域。

背景技术

氢气作为一种重要的化工原料，近年来在电子，化工，能源的需求不断增长。特别是氢气作为一种高效清洁的新型能源，其需求不断增长，如何高效分离提纯氢气成为一个关键技术。陶瓷透氢膜具有完全选择性透氢的性能和低廉的价格，在氢气分离和膜反应的应用具有广泛的前景而受到人们的日益重视。然而如何制备高透量、高稳定性的陶瓷透氢膜成为制约其发展的重要的因素之一。

对于混合导体透氢膜来说，它具有良好的分离选择性以及高温操作性能，而且制备十分简便，于是它有着十分广阔的发展前景，在氢分离和催化膜反应器中应用广泛。但是目前所开发材料的氢渗透量远远达不到实际工业应用需求，而混合导体透氢膜要获得优异的氢气渗透量就必须具备充足的质子导电性和充足的电子导电性，而前期研究比较多的是单相混合导体透氢膜，但由于其往往缺乏充足的电子导电性而导致其氢气分离量偏低，难以满足工业应用的需求，因此双相氢气分离膜是目前所研究的趋势。但是研究较多的金属-陶瓷双相氢分离膜由于存在金属和陶瓷在热稳定性和化学稳定性等方面的兼容性比较差的问题，所以也在工业应用上出现了瓶颈。

新型的陶瓷-陶瓷双相氢分离膜能有效的解决上述金属-陶瓷双相膜所出现的问题，给氢分离膜的应用带来了新的希望，可是它也存在陶瓷与陶瓷相在高温下容易离子迁移而产生杂相的问题，因此考虑到实际工业应用的需要，开发一种两相兼容和具有化学稳定性的陶瓷-陶瓷双相氢分离膜，使得它在实际应用环境中具有可靠性、稳定性和长期性的优势将成为开发双相陶瓷-陶瓷氢分离膜的重要指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有陶瓷透氢膜透氢量比较低，化学稳定性等方面的兼容性比较差的问题的问题，提供了一种非对称复合陶瓷透氢膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）按照分子式Nd_5.5W_0.5Mo_0.5O_11.25-δ（0.05＜δ＜0.5）中元素的量取各元素的氧化物装入球磨机中球磨至粉体粒径为100～1000nm，得混合粉体；

（2）将混合粉体置于马弗炉中煅烧10～12h，冷却至室温后得前驱体粉末；

（3）取硝酸镍、前驱体粉末，加入去离子水中搅拌均匀，再加入柠檬酸、质量分数为10%氨水，搅拌1～2h后置于马弗炉中加热至自燃，冷却研磨，过300目筛，得复合粉末；

（4）取复合粉末、N-甲基吡咯烷酮、聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮装入球磨机中，以300～360r/min球磨8～10h，得浆料；

（5）取硝酸镧、硝酸镍、硝酸铁、柠檬酸加入去离子水中搅拌20～30min，再在80～90℃下搅拌20～30min，得处理液；

（6）取浆料装入相转化反应的模具中，真空处理1～2h后在模具上放置一片不锈钢网，再将模具整体浸泡在处理液中发生相转化反应，使浆料固化成膜片，得生坯膜；

（7）将生坯膜烘干后置于马弗炉中烧结，得非对称复合陶瓷透氢膜。

步骤（2）所述煅烧温度为800～900℃。