氫分離膜以及制造氫分離膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及氫分離膜以及制造氫分離膜的方法，更具體地，涉及能夠抑制在多孔載體與基于鈀的金屬分離膜之間的擴散并且同時在多孔載體與基于鈀的金屬分離膜之間產生良好的粘合力的氫分離膜，以及制造所述氫分離膜的方法。
【背景技術】
[0002]氫在環境中是輕的、豐富的且高效的，因此作為將來可以替代傳統能源的主要能源而受到關注。然而，因為由包含氫的資源(例如水、天然氣、煤、生物質等)獲得的氫中包含雜質，所以在使用前氫應當在工藝中被分離和純化。
[0003]作為分離和純化氫的方法，已經提出了眾多技術，例如低溫空氣分離法、吸附法或使用分離膜的氫分離法。其中，因為使用分離膜的氫分離法具有可以更有效地節約能量和可以比其他氫分離方法更易處理的優勢，并且可以以較小規模制造儀器，所以該氫分離法是廣泛使用的氫分離法之一。
[0004]尤其是，由于基于鈀的金屬分離膜具有高的氫滲透性和優異的氫分離性，因此使用分離膜的氫分離方法明顯優于其他分離方法。而且，可以將使用基于鈀的金屬分離膜的氫分離方法用于燃料電池，或用于高效地獲得純氫以用于其他消耗氫的過程，并且可以應用于多種領域，例如用于氫化或脫氫過程以提高靶產物的數量。
[0005]通常此類金屬分離膜是以堆疊在多孔載體表面上的方式來使用，并用以改善氫滲透率。然而，當金屬分離膜直接在多孔載體中由金屬材料制成的多孔載體表面上形成時，由于其間的相互擴散因而降低了氫滲透性。因此，由陶瓷材料制成的緩沖層應當夾設在多孔載體與金屬分離膜之間。溶膠-凝膠法已用作形成此類緩沖層的方法。
[0006]然而，盡管利用傳統溶膠-凝膠法形成的緩沖層可以抑制多孔載體與金屬分離膜之間的擴散，但是由于存在夾設在其間的緩沖層，因而在多孔載體與金屬分離膜之間的粘合力可能會降低。例如圖10所示，可以從多孔載體110上剝掉金屬分離膜130。

【發明內容】

[0007]技術問題
[0008]因此，本發明的一個方面是提供能夠保持在多孔載體和金屬分離膜與設置在其間的緩沖層之間的良好粘合力的氫分離膜，以及制造所述氫分離膜的方法。
[0009]本發明的另一方面是提供能夠提高氫滲透率的氫分離膜，以及制造所述氫分離膜的方法。
[0010]技術方案
[0011]為了解決上述問題，本發明的一方面提供了氫分離膜，其包括:由金屬或陶瓷材料制成的多孔載體；由陶瓷材料制成并以多個柱的形式在多孔載體上形成的緩沖層，其中所述緩沖層由多個層形成；以及在緩沖層上形成并能夠分離氫的基于鈀的金屬分離膜。
[0012]對于本發明的一個示例性實施方案的氫分離膜，所述緩沖層可以包括由基于氧化物的陶瓷材料制成的層，所述陶瓷材料例如為MOy (M為Ti或Zr)其中氧的組成為l〈y〈2，或為Al2Oz其中氧的組成為2〈z〈3。
[0013]對于本發明的一個示例性實施方案的氫分離膜，所述緩沖層可以具有由不同的陶瓷材料形成的相鄰的層。
[0014]對于本發明的一個示例性實施方案的氫分離膜，所述緩沖層的形式可以為多個直徑為1nm至200nm的柱。
[0015]對于本發明的一個示例性實施方案的氫分離膜，所述緩沖層可以分別形成，或以多個簇的形式形成。
[0016]在本發明的一個示例性實施方案的氫分離膜中，所述緩沖層可以由第一至第三緩沖層形成。所述第一緩沖層可以在多孔載體上形成并由一種選自T1y、ZrOjPAl 20z的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的組成為l〈y〈2或2〈z〈3。所述第二緩沖層可以在所述第一緩沖層上形成并由基于氧化物的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料包含選自T1、Zr、Al、S1、Ce、La、Sr、Cr、V、Nb、Ga、Ta、W和Mo中的一種。而且，所述第三緩沖層可以在所述第二緩沖層上形成并由一種選自Ti0y、Zr0jP Al 20z的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的組成為l<y<2 或 2〈z〈3o
[0017]本發明的另一方面提供了氫分離膜，其包括:多孔載體；以多個柱的形式在所述多孔載體上形成并由基于氧化物的陶瓷材料制成的緩沖層，所述陶瓷材料例如為MOy (M為Ti或Zr)其中氧的組成為l〈y〈2，或為Al2Oz其中氧的組成為2〈z〈3 ；以及在所述緩沖層上形成的基于鈀的金屬分離膜。
[0018]本發明的又一方面提供了制造氫分離膜的方法，其包括:制備由金屬或陶瓷材料制成的多孔載體；以多個柱的形式在所述多孔載體上形成緩沖層，其中所述緩沖層由陶瓷材料制成并由多個層形成；以及在所述緩沖層上形成能夠分離氫的基于鈀的金屬分離膜。
[0019]對于本發明的一個示例性實施方案的制造氫分離膜的方法，在形成所述緩沖層時，可以由基于氧化物的陶瓷材料形成所述緩沖層，所述陶瓷材料例如為MOy (M為Ti或Zr)其中氧的組成為l〈y〈2，或為Al2Oz其中氧的組成為2〈z〈3。
[0020]對于本發明的一個示例性實施方案的制造氫分離膜的方法，在形成所述緩沖層時，可以使用102或Al 203作為靶標在真空條件下通過濺射法形成所述緩沖層。
[0021]對于本發明的一個示例性實施方案的制造氫分離膜的方法，在形成所述緩沖層時，可以通過向用作源的M金屬板或粉末供應氧氣，并通過蒸發的M與氧氣反應而氧化所述M金屬板或粉末從而以柱的形式在所述多孔載體上生長。
[0022]對于本發明的一個示例性實施方案的制造氫分離膜的方法，所述緩沖層的形成可以包括:在所述多孔載體上形成第一緩沖層，其中所述第一緩沖層由一種選自Ti0y、Zr0y*Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的組成為l〈y〈2或2〈z〈3 ;在所述第一緩沖層上形成第二緩沖層，其中所述第二緩沖層由基于氧化物的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料包含選自T1、Zr、Al、S1、Ce、La、Sr、Cr、V、Nb、Ga、Ta、W和Mo中的一種；以及在所述第二緩沖層上形成第三緩沖層，其中所述第三緩沖層由一種選自Ti0y、Zr0#P Al 20z的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的組成為l〈y〈2或2〈z〈3。
[0023]本發明的另一方面提供了制造氫分離膜的方法，其包括:制備多孔載體；以多個柱的形式在所述多孔載體上形成緩沖層，其中所述緩沖層由基于氧化物的陶瓷材料制成，所述陶瓷材料例如為MOy (Μ為Ti或Zr)其中氧的組成為l〈y〈2，或為Al2Oz其中氧的組成為2<z<3 ;以及在所述緩沖層上形成能夠分離氫的基于鈀的金屬分離膜。
[0024]對于本發明的一個示例性實施方案的制造氫分離膜的方法，在形成所述金屬分離膜時，可以利用物理氣相沉積法在所述緩沖層上形成所述基于鈀的金屬分離膜。
[0025]有益效果
[0026]根據本發明的示例性實施方案，通過在多孔載體與金屬分離膜之間以柱的形式形成由陶瓷材料制成的緩沖層可以抑制多孔載體與金屬分離膜之間的擴散，并且還可以確保在多孔載體和金屬分離膜與夾設在其間的緩沖層之間的良好的粘合力。因為此類緩沖層是以多個單獨的柱或多個簇的形式形成，所以該緩沖層可以有效地應對收縮和擴展，從而在多孔載體與金屬分離膜之間產生良好的粘合力。
[0027]而且，當對緩沖層調整MOy (M為金屬如T1、Zr或Al)中氧的組成時，可以提供在多孔載體和金屬分離膜與設置在其間的緩沖層之間的良好的粘合力。
[0028]當提供在多孔載體和金