[发明专利]一种多孔复合支撑体表面化学镀钯的方法

说明书

本发明涉及一种多孔复合支撑体表面化学镀钯的方法，通过将负载有钯纳米的水滑石类化合物预涂在多孔复合支撑体表面，使支撑体表面更加平整且预种钯晶种的方式，提高钯膜的平整性、化学镀效率，并减少钯的用量。在超声环境下，采用化学镀法在多孔复合支撑体表面沉积钯或钯合金膜；在惰性气体中，对钯或钯合金膜进行热处理，以获得均匀致密、寿命较长的钯或钯合金膜。钯合金膜制备过程能耗低、成本低廉，制备得到的金属膜均匀致密，维护成本低。

技术领域

本发明属于无机膜的制备与应用领域，特别涉及一种多孔复合支撑体表面化学镀钯的方法。

背景技术

能源与环境是当今社会可持续发展的两大主题。氢作为一种二次能源有很多优点，如燃烧性能好，效率高，清洁无污染，不造成温室效应等。近年来，越来越多的人相信氢是人类未来的能源。

当前氢能源的有效利用需要的问题有：氢的制备、氢的分离与纯化、氢的储存和运输等。传统工艺制氢过程中往往产生许多副产物，如CO、CO₂、O₂、H₂O、CH₄等杂质，而氢的大部分应用领域对氢的纯度都有很高的要求。近十年，我国高新技术的快速发展使得计算机工业对大规模集成电路和液晶显示器的需求大幅增加。除此之外，多晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池的生产，新型电光源、光电半导体器件(GaAs，InP，AlGaAs)、光纤通讯器件也获得迅猛发展。而上述高新产品的生产中，都需要大量高纯气体(99.999%～99.9999%)，才能保证制造出高质量的电子器件。因此，发达国家都加大了对氢气、高纯氢气制备和氢能源利用的研究和开发力度，并分别制定了相应的中长期发展规划。在我国制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将氢能及燃料电池技术确定为重点发展的前沿技术之一。

传统的氢的分离与纯化对设备的要求较高，投入大。成本问题成为关系氢能成本与应用的关键环节，低耗和方便的分离方法成为巨大的挑战。

膜分离法是一种根据膜对特定气体的选择透过性实现气体的分离，在压力驱动下，借助于气体中各组分在膜表面上的吸附能力或在膜内溶解-扩散上的差异，通过膜的选择渗透作用将气体分离得到目的气体。膜分离法具有无相变，投资省、能耗低、占地少，而且设备简单，操作方便，运行可靠性高等特点。金属钯及其合金膜是最早用于氢气分离研究的金属膜，这归结于其对氢气具有优异的渗透性和选择性。

目前国外对钯膜分离制取高纯氢的研究，主要包括钯膜氢脆问题的解决、钯膜的制备方法、钯膜的化学和热稳定性等方面。在低于300℃时使用纯钯膜，氢在膜中会发生β相向α相转变（即“氢脆现象”），从而导致膜变脆甚至破裂，经过探索，某些金属如Cu、Ag的加入有助于提高钯膜在透氢环境下保持晶格的稳定性，不易发生氢脆。Cu、Pt等金属与Pd的合金表面不易吸附沉积S及硫化物（H₂S等）。钯膜的制备方法同样繁多，常用的方法主要有机械卷轧、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀或电镀等。物理气相沉积和化学气相沉积法制膜的报道很多，成膜质量较好但设备复杂成本高，且对于形状复杂器件膜沉积效果不好，更加适合于实验室规模研究而不适应工业化大规模生产。化学镀法设备相对简单且镀层均匀，这些特性使得其具有广阔的应用前景，易于实现工业规模生产钯及其合金膜。

专利CN104032286（一种制备高性能钯合金复合膜的方法）和专利CN105233701（一种大孔载体表面制备钯膜的方法），都是利用有机修饰层修饰多孔载体表面，在经过敏华活化等方式引入钯晶种，并在后续热处理步骤中将有机修饰层去除。这种方法容易造成合金层和支撑体之间结合不紧密，以至于钯（合金）膜力学性质差，寿命减少。

专利CN 105039944（钯或钯合金膜组件的制备）在化学镀过程中，通过泵或压缩气体对镀膜侧加压，促使金属钯优先在基体孔口沉积、成膜，高压迫使已沉积在基体表面的钯颗粒向缺陷处填补，起到修补作用。该发明中采用加压用钯颗粒填补其支撑体表面孔隙不平整处，导致贵金属用量大，成本提高。