[发明专利]一种超薄液态金属复合膜及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超薄液态金属复合膜及制备方法和应用，所述复合膜含有：多孔陶瓷膜支撑体；和隔离层，形成在多孔陶瓷膜支撑体的表面上；和浸润层，形成在隔离层表面上；和液态金属层，形成在浸润层。本发明的超薄液态金属复合膜厚度较薄，液态金属层可低于2μm，且氢气渗透通量大，比目前所报道的镓液态金属的最高通量高2倍以上。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种超薄液态金属复合膜及制备方法和应用。

背景技术

随着世界工业的不断发展，人类消耗了大量的化石能源。同时，传统燃料燃烧时所带来的环境污染问题也日益明显，并加剧了温室效应。因此寻找替代能源与清洁能源显得日益紧迫。氢能源是绿色能源、发展氢能源汽车是列入政府工作报告的国家战略。近年来氢气的需求量也在迅猛增加，尤其是氢燃料电池、电子信息、半导体、LED照明和光伏发电等产业的迅速发展，对(超)纯氢气(纯度＞99.9999％，即6N)分离纯化技术提出了新的要求。

目前常见的氢气分离技术包括变压吸附、深冷分离和膜分离等，其中前两种技术已经在大规模氢气分离方向获得广泛应用，但是鉴于分离过程吸附平衡和相平衡的限制，其氢气纯度很难达到超高纯度氢气要求。由于钯及其合金膜对氢气具有独特的选择透过性，且理论上非氢气体无法透过，因此钯膜分离技术已成为目前制备超高纯度氢气的最佳方案之一。然而在推广应用过程中，诸多因素限制了钯膜的应用领域：1)价格昂贵；2)容易产生氢脆甚至造成钯膜的扭曲变形。

将液体镓(Ga)夹在两片多孔碳化硅载体之间的液体金属膜可望用于分离纯化氢气，其成本比钯低一个数量级，且可避免出现氢脆现象。然而受限于碳化硅载体表面的粗糙度，液态金属镓层的厚度维持在200微米以上，故如何制备超薄、连续、稳定的液态金属膜迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种支撑体/隔离层/浸润层-液态金属结构的超薄液态金属复合膜及制备方法，解决了上述目前氢气分离的液态金属膜所存在的问题。

本发明采取的具体技术方案是：

一种超薄液态金属复合膜，所述复合膜含有：

多孔陶瓷膜支撑体；和

隔离层，形成在多孔陶瓷膜支撑体的表面上；和

浸润层，形成在隔离层表面上；和

液态金属层，形成在浸润层。

进一步地，所述多孔陶瓷膜支撑体是由聚醚砜(PES)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、陶瓷粉体按照质量比1：2-8：0.05-0.5:1-10的比例制成；和/或

所述隔离层为碳化硅隔离层；和/或

所述浸润层为氧化硅或氧化钛浸润层；和/或

所述液态金属层，液态金属为镓和选自铅、铟、钒、镍、钯、钛中的一种或一种以上的金属组成的合金。

进一步地，所述氧化硅或氧化钛的粒径为0.1-5μm。

相应地，本发明提供了一种超薄液态金属复合膜的制备方法，包括：

多孔陶瓷膜支撑体的制备步骤；

隔离层原料的配制步骤，及在多孔陶瓷膜支撑体表面形成隔离层的制备步骤；

浸润层原料的准备，及在隔离层表面形成浸润层的制备步骤；

液态金属层原料的准备，及在浸润层上形成液态金属层的制备步骤。