Cu-Ni-Ce(Pr, Sm)-Al2O3复合膜性能的研究(2)
2.5.3晶态结构的测定 13
3 结果与讨论 14
3.1 镀层组成分析 14
3.2 镀层的结构分析 15
3.3复合膜的微观形貌分析 16
3.4 稀土铈的浓度对Cu-Ni-Ce-Al2O3性能的影响 18
3.4.1 镀层组成分析 18
3.4.2 镀层微观形貌分析 19
4 结论 22
致 谢 23
参考文献 24
1 引言
石油资源日益枯竭，环境污染状况的日益严重，开发利用清洁的燃料资源日益受到各国关注。氢气作为清洁能源，燃烧产物只是H2O，对环境无污染。氢具有以下用途[1]：作为燃料用于航天飞机等航天行业及城市交通中；作保护气用于电子工业；炼油工业中，可对石脑油、粗柴油、燃料油、重油等进行精制；冶金工业中，作还原剂可以还原金属的氧化物；食品工业中，可以对植物油进行处理，制备色拉油；有机合成工业中，氢气同样也是重要的原料之一。近年来，氢能有新的用途，可以用作燃料电池燃料。因此，氢的应用越来越广泛。与矿物能源不同，氢能是可再生的，它无疑是人类的未来能源[2]。氢的分离有膜法、变压吸附(PSA)法、深冷法等，膜分离具有投资少、设备简单、能耗低、使用方便和易于操作，安全，不污染环境等特点，另外催化制氢的催化剂可以负载在膜载体上，使反应和分离同时进行，增加氢气的转化率，因此膜技术分离提纯氢气的研究和开发具有广阔的应用前景和极高的经济价值[3]。
多孔Al2O3管是一种常用的载体。Li等[4]将渗透作用应用到无电化学镀中，得到了膜层厚度为10.3μm的致密的Pd/α-Al2O3复合膜，他们认为钯复合膜厚度与其氢渗透性成反比关系，同时氢的选择透过性很大程度上依赖于膜层的致密程度。因此，钯复合膜应当是薄而致密无缺陷，这样的膜层才能用于高温反应中气体的分离。而Zhao[5]等以г-A12O3为基质材料，采用改进的无电化学镀沉积法，即通过溶解-凝固过程活化多孔基质，在含有较高浓度的肼镀液中进行化学沉积，得到了l μm厚的致密钯复合膜，在587-723K时，该膜氢的流量为1.8-87m3/(m2•h)。
1.1 膜的种类
复合膜是指其皮层和亚层是由不同的聚合物材料制成的，通过优化使每一层均可独立发挥最大作用。通常亚层本身也是非对称膜，其上沉积着一个薄的致密层，这样可消除或减少亚层阻力对渗透选择性的影响。
按膜材料的划分，膜分为有机膜和无机膜两大类。无机膜是指采用陶瓷、金属、金属氧化物、玻璃、沸石、硅酸盐及炭素等无机材料制成的半透膜。按其表层孔结构的不同，无机膜可分为致密无机膜和多孔无机膜。
无机膜由于其本身具有优良的热稳定性，化学稳定性和高透过率而得以迅速发展。在众多的无机膜材料中，金属陶瓷复合膜是很引人注目的一类新型的气体分离膜材料，金属陶瓷复合膜是由具有高透过率和高选择性的金属颗粒镶嵌在具有高热稳定性和机械稳定性的多孔无机底膜(如多孔玻璃陶瓷)上面得到的、从而保证其具有良好的机械稳定性，又保持较高的选择性和渗透率。金属陶瓷复合膜的制备方法很多，有CVD、化学镀等。在H2分离中，小孔径和高透过率的Al2O3膜效果尤佳。然而H2在膜中的分离机制主要是Kundseon扩散[5]，当混合气体的分子量差别很小时，Kundseon扩散[5]的分离效率较差。因此，在Al2O3膜中掺杂少量的金属钯，既能保持A12O3多孔膜渗透率大的优点，又可以提高分离效率，是一种理想的H2分离膜材料。