陶瓷氫分離膜

刊名：金屬（日）

刊期：2013年第5期

作者：永野孝幸

編譯：張英才

氫的能效高，可進(jìn)行儲存和輸送，故作為下一代清潔能源而受到關(guān)注。伴隨著燃料電池的普及，預(yù)計氫的消費量將大幅增加。目前氫主要通過將天然氣中甲烷進(jìn)行水蒸氣改質(zhì)而得到。為提高氫生成的效率，引入了膜反應(yīng)器技術(shù)。膜反應(yīng)器由催化劑和氫分離膜組成，能促進(jìn)氫的生成。

氫分子直徑為0.289nm，而CO2、CO、CH4的分子直徑都在0.3nm以上。所以若能夠合成具有孔徑約0.3nm的微孔薄膜，則有可能從混合氣體中把氫抽取出來。

陶瓷氫分離膜一般由多孔基材、中間層和分離活性層3層組成。采用對向擴(kuò)散CVD法在多孔中間層內(nèi)部形成分離活性層，因而多孔中間層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與膜的壽命有直接相關(guān)。為此，開發(fā)出耐熱、耐水蒸氣性能優(yōu)良的加鎳γ-Al2O3。通過對向擴(kuò)散CVD法在中間層γ-Al2O3微孔內(nèi)形成非晶態(tài)SiO2分離活性層，其厚度約0.18μm。氫氣分子很小，可以通過SiO2的非晶態(tài)網(wǎng)格，通過率隨溫度上升而上升。另一方面，CO2、CO、CH4的分子則只能經(jīng)膜的缺陷通過，且透過率隨溫度上升而下降。測試表明，在525℃溫度下，氫與氮的透過率之比超過10000。