[发明专利]一种U型中空混合导体透氢膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种U型中空混合导体透氢膜的制备方法，属于材料技术领域。本发明以多种金属氧化物为原料，制备U型中空混合导体透氢膜，混合导体透氢膜是一种同时具有质子和电子传导性的无机致密陶瓷膜，具有耗能低、膜材料价格便宜、机械性好、操作简单、使用设备紧凑易集成等众多优点，在高温条件下，混合导体透氢膜具有质子导电性和电子导电性，其可以将氢气从甲烷水汽重整或煤转化反应产物中分离出来，而不需要将反应尾气冷却。另外，混合导体透氢膜还可用于膜反应器，将氢气分离和涉氢反应耦合。由于氢分离膜的存在，在膜的一侧进行脱氢反应时，可以在高温下实现反应和分离的耦合，提高脱氢反应的转化率和选择性。

技术领域

本发明涉及一种U型中空混合导体透氢膜的制备方法，属于材料技术领域。

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。

早期的陶瓷透氢膜都是非担载的，为了满足必要的机械性能，厚度都要大于300μm。一般来说，陶瓷透氢膜的透量与厚度成反比，膜厚度的增加意味着氢渗透量的降低，也提高了成本。近年来的发展趋势是制备非对称的陶瓷透氢膜以降低膜的厚度而提高氢气的渗透量。目前制备非对称膜的方法有旋涂法和共压法。旋涂法是在多孔的底膜上涂上一层薄膜，这种方法的缺点在于底膜的收缩率难以控制，不易得到致密的陶瓷透氢膜。共压法的优点是设备简单、成本低、容易控制，比较容易被广泛接受。目前制备透氢膜的共压法是把陶瓷透氢粉体筛分，大颗粒的粉体作为底膜材料，小颗粒的粉体作为顶膜材料，两者共压成型高温烧结形成膜。在烧结过程中，表层小粉体烧结成致密层，大颗粒的材料还没有完全烧结，这种方法所制成陶瓷透氢膜的顶膜层厚度较厚，透氢量比较低，并且底膜的收缩率也很难控制，烧结温度对膜片的厚度影响很大，重复性差。

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：针对目前制备的非对称膜所制成陶瓷透氢膜透氢量比较低的问题，提供了一种U型中空混合导体透氢膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）将干燥的聚醚砜树脂、聚乙烯吡咯烷酮加入N-甲基吡咯烷酮中，在常温搅拌15~20min，得聚合物溶液；

（2）将透氢膜粉体加入聚合物溶液中，在常温下搅拌 46~48h，再超声10~15min，得均匀混合的铸膜液；

（3）将均匀混合的铸膜液脱气处理20~24h，再抽真空处理25~30 min，得处理后的铸膜液；