[实用新型]一种用于氢气分离的复合膜

说明书

本实用新型提供了一种用于氢气分离的复合膜。本实用新型的复合膜包括支撑体，在所述支撑体的两侧分别设有碳化钒薄膜。本实用新型的复合膜具有优异的氢催化解离性能，在高温环境中表现出良好的稳定性，具有氢渗透性好、产氢效率高、操作温度范围宽、成本低等优势，在高纯氢生产领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及氢气分离技术领域，尤其是涉及一种用于氢气分离的复合膜。

背景技术

近年来，世界范围内的环境问题使得有必要寻找新的清洁能源来替代传统的化石燃料。氢气作为一种零排放燃料，可作为清洁能源的载体，已引起广泛关注。膜法生产高纯氢在化工、石化等行业是一种可行的、高效的方法。

在氢分离膜中，钯膜和钯合金膜虽然表现出良好的透氢性能(高的透氢性和独特的选氢性)，然而具有如下缺陷：1)纯Pd膜暴露在H₂、温度低于300℃环境下会发生α-β相变，导致氢脆；2)高温热处理可能会导致Pd基合金膜产生裂纹/针孔；3)提纯环境中的杂质气体与钯合金表面的竞争吸附和形成钯化合物，导致Pd中毒。因此，钯/钯合金膜的热稳定性和化学稳定性是其商业化应用的主要障碍之一。此外，钯金属储量少、价格昂贵，进一步限制了该合金膜的商业化应用。因此，丞待寻找能够替代Pd合金的非贵金属材料。

体心立方(bcc)的铌、钽、钒等金属的理论氢渗透率高于面心立方(fcc)钯金属，且成本比钯要低2-3个数量级，限制其发展的因素是，它们相对于钯金属对氢解离的催化活性可以忽略不计。目前，这个问题典型的解决方法是在本体膜金属的两侧镀一层薄薄的铂族金属氢解离催化剂层。钯和钯合金是最常用的催化剂层，然而其增加了膜的成本，且因氢解离催化剂层的渗透性较低，从而降低了氢的传输速率。更重要的是，由于高温导致Pd和BCC金属之间的金属间扩散，逐渐降低了氢的渗透性，从而这些金属催化剂的使用限制了膜的可操作温度范围。

鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于氢气分离的复合膜，该复合膜具有优异的氢催化解离性能，在高温环境中表现出良好的稳定性，具有氢渗透性好、产氢效率高、操作温度范围宽、成本低等优势。

本实用新型提供一种用于氢气分离的复合膜，包括支撑体，在所述支撑体的两侧分别设有碳化钒薄膜。

进一步地，所述支撑体为致密金属层、致密金属合金层、多孔金属层或多孔陶瓷层。

进一步地，所述致密金属层为钒金属层、铌金属层、钽金属层、钼金属层、镍金属层、钛金属层、钯金属层或铂金属层。

进一步地，所述致密金属合金层为钒镍合金层、钒铜合金层、钒铁合金层、钒铝合金层、钒-钴合金层、钒钼合金层、钒钨合金层、钒钛镍合金层、钒铁铝合金层、钒钼钨合金层、铌钛镍合金层、铌钛钴合金层或铌钼钨合金层。

进一步地，所述多孔金属层为多孔不锈钢层或多孔钛铝合金层。

进一步地，所述多孔陶瓷层为多孔氧化铝层、多孔氧化锆层或沸石层。

进一步地，所述支撑体的厚度为20-2000μm。

进一步地，所述支撑体为片状或管状。

进一步地，所述碳化钒薄膜的厚度为5-500nm。

进一步地，所述碳化钒薄膜的厚度为10-60nm。

本实用新型的氢气分离复合膜在支撑体的两侧分别设置碳化钒薄膜，其避免了使用贵金属Pd及其合金，降低了复合膜的成本；该复合膜具有较高的氢催化解离性能，在高温环境中仍然表现出良好的稳定性，提高了复合膜的氢渗透性，解决了复合膜的操作温度范围窄等问题，在高纯氢生产领域具有广阔的应用前景。

附图说明