[发明专利]一种Pd复合膜的制备方法

说明书

本发明涉及高纯氢气提纯技术领域，具体涉及一种Pd复合膜的制备方法，通过多孔基体预处理‑多孔基体表面修饰‑Pd金属复合膜制备，形成Pd复合膜，利用热处理和两次化学镀工艺，避免了复合膜在随后氢气渗透过程中产生针孔缺陷，得到了薄且致密的Pd复合膜，复合膜制备工艺简单，可以实现大规模工业应用。

技术领域

本发明涉及高纯氢气提纯技术领域，具体涉及一种Pd复合膜的制备方法。

背景技术

展望未来，随着各国国家经济发展，世界能源需求将持续增加。维持目前的能源系统，基于化石燃料的大量使用，排放的二氧化碳造成越来越严重的全球变暖。因此，正在考虑不同的策略缓解这个问题。向可再生能源的逐步过渡已经开始，各国提出各种政策和重要的投资来开发新能源技术。氢能是一种清洁、利用率高、来源广的可再生能源，有利于解决目前越来越严重的化石能源不足以及环境污染等问题。

目前工业生产的氢气中总伴随着其他杂质气体，比如甲烷、一氧化碳、二氧化碳等，需要额外的分离提纯步骤。因此，开发高效、成本低廉的氢分离提纯技术非常重要。膜分离法是一种操作简单、成本低廉、能耗较低的氢气分离提纯技术。Pd基合金膜由于较高的氢渗透性和选择性，是目前工业主要的膜材料。然而，Pd资源稀缺、价格昂贵，减少Pd的用料是主要的发展思路。通过在多孔支撑体上采用物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀等方法制备微米级厚度Pd膜形成的复合膜，极大的降低了Pd膜厚度和成本，而且提高了氢渗透流量。研究人员采用各种多孔支撑体以及镀膜工艺制备了不同厚度的Pd复合膜，发现Pd膜越薄，选择性越低，这是因为在高温氢渗透过程中Pd膜发生团聚长大导致出现针孔缺陷。针对Pd膜出现缺陷导致选择性降低的问题，研究人员提出了一些解决方法，比如抛光修复Pd膜针孔缺陷、玻璃密封修复Pd膜大孔缺陷等，这些方法在一定程度上提高了复合膜的选择性，但也存在一些缺点。例如抛光修复Pd膜缺陷，一般只适用于片状以及尺寸较小的复合膜，而且在抛光过程中，操作要求高，容易导致Pd膜出现宏观大孔缺陷；玻璃密封修复Pd膜主要用于修复宏观大孔缺陷，难以修复均匀分布在Pd膜上的纳米尺寸针孔缺陷。目前开发出的化学镀中间热处理方法，操作简单，对复合膜尺寸形状无要求，实现了具有高氢选择性的微米尺寸薄Pd膜的制备，可实现大规模工业应用。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提出一种Pd复合膜的制备方法，按照以下步骤，

步骤一：多孔基体预处理，

用专用切割片将多孔陶瓷管或者多孔不锈钢管切成规定的长度，随后用水冲洗表面粉状颗粒，然后用依次用酸、碱溶液和去离子水清洗表面污染物；

步骤二：多孔基体表面修饰，

采用真空辅助CeO₂粉末修饰步骤一得到的多孔基体，取CeO₂粉末放入容器中，加入去离子水，然后放在超声仪中分散，制备浓度为CeO₂粉末修饰液，然后将多孔基体内部抽真空并放入修饰液中进行表面修饰，随后用布擦掉多余粉末，并放入管式炉中煅烧，使多孔基体表面孔径变小且分布均匀；

步骤三：Pd金属复合膜制备，

将步骤二得到的多孔基体进行化学镀Pd膜；

首先利用敏化-活化两步法在修饰后的多孔基体上预先接种纳米钯颗粒；然后利用旋转化学镀法镀1～5μm的Pd膜，然后将制备的多孔基体放入真空热处理炉中，在350～600℃的温度下，将气体充入热处理炉中，使多孔基体进行热处理，然后在惰性气体保护下降温，随后继续进行化学镀镀1-5μm的Pd膜，最终得到Pd膜厚度为2～10μm的Pd复合膜。

优选的，所述多孔基体为平均孔径为0.05um～20um的多孔不锈钢、多孔陶瓷、多孔玻璃和多孔镍中的一种。

优选的，步骤三中的热处理中，通入的气体为氢气、氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合气体。

优选的，热处理的时间为5～48h。