[发明专利]一种用于氢气分离的复合膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于氢气分离的复合膜，其特征在于，包括支撑体，在所述支撑体的两侧分别设有碳化钒薄膜；

优选地，所述碳化钒薄膜中钒与碳的摩尔比为(1-4)：1，更优选为1：1。

2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述支撑体的材质为致密金属、致密金属合金、多孔金属或多孔陶瓷；

优选地，所述致密金属为V、Nb、Ta、Mo、Ni、Ti、Pd或Pt；

优选地，所述致密金属合金为V-Ni合金、V-Gr合金、V-Cu合金、V-Fe合金、V-Al合金、V-Co合金、V-Mo合金、V-W合金、V-Ti-Ni合金、V-Fe-Al合金、V-Mo-W合金、Nb-Ti-Ni合金、Nb-Ti-Co合金或Nb-Mo-W合金；

优选地，所述多孔金属为多孔不锈钢或多孔钛铝合金；

优选地，所述多孔陶瓷为多孔氧化铝、多孔氧化锆或沸石。

3.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述支撑体的厚度为20-2000μm；

优选地，所述支撑体为片状或管状。

4.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述碳化钒薄膜的厚度为5-500nm，优选为10-60nm。

5.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述复合膜的氢传输速率≥2×10³sccmm^-2s^-1，优选为8×10³-12×10³sccm m^-2s^-1；

优选地，所述复合膜的操作温度为400-750℃，更优选为500-600℃；

优选地，所述复合膜的氢渗透流量≥1×10^-8molH₂m^-1s^-1Pa^-0.5，更优选为(5-10)×10^-8mol H₂m^-1s^-1Pa^-0.5。

6.权利要求1-5任一所述的用于氢气分离的复合膜的制备方法，其特征在于，包括：在支撑体的两侧分别形成碳化钒薄膜；

优选地，形成碳化钒薄膜的方法为离子束溅射、磁控溅射、电子束蒸发、脉冲沉积、分子束外延或原子层沉积。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在形成碳化钒薄膜之前还包括：对支撑体表面进行清洗；

优选地，采用离子束对支撑体表面进行清洗；

优选地，清洗条件包括：支撑体温度为25-600℃，支撑体负偏压为0-300V，通入氩气流量为3-10sccm，工作压强为0.5-3Pa，持续轰击时间为10-30min。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在对支撑体表面进行清洗之前还包括：对支撑体进行预处理；

优选地，所述预处理包括：依次采用丙酮和无水乙醇超声清洗支撑体5-15min，重复2-3次，然后使用去离子水冲洗1-2分钟，再进行干燥。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射在支撑体的两侧分别形成碳化钒薄膜；

优选地，所述磁控溅射的条件包括：溅射腔内真空度小于10-4Pa、支撑体温度为25-600℃、支撑体负偏压为0-500V、通入氩气流量为20-30sccm、工作压强为0.5-4Pa、持续轰击为时间为5-120min；

优选地，控制支撑体温度为200-600℃，更优选为400-600℃。

10.权利要求1-5任一所述的复合膜或根据权利要求6-9任一制备方法制备的复合膜在氢气分离和/或氢气纯化中的应用。