论文部分内容阅读
H2作为一种清洁的可再生能源,因具有燃烧性能好、无毒等优点被广泛应用于各个工业领域。目前大部分高纯H2是通过煤气化获取。Pd复合膜由于具有较强的机械强度、高渗透通量和高选择性等优点在煤气化分离H2中得到广泛应用。与其它Pd复合膜相比,Pd-Au合金复合膜具有更好的透氢性能以及优异的抗硫性能,所以逐渐成为了研究热点。但是,Pd-Au合金复合膜到目前为止还没有实现大规模的产业化,其中最关键的是高温下Pd合金复合膜的稳定性。而影响稳定性的因素主要有:支撑体的材料、高温下金属间的相互扩散、膜材料的稳定性和膜的制备方法。因此,本论文以多孔Ti为支撑体,采用原位氧化法制备的陶瓷层作为过渡膜层,解决膜层之间的结合力问题,在此基础上开发了新型Pd-Au合金复合膜材料。选择Ti多孔材料为Pd复合膜支撑体,对多孔Ti支撑体性能进行研究,结果表明:多孔Ti支撑体为对称结构,表面较规整;孔径分布较均匀,最可几孔径为11μm;在氧化温度不高于700℃时具有良好的抗氧化性能,初步确定多孔Ti支撑体的原位氧化温度范围为700℃800℃。相比较陶瓷,其多孔Ti与Pd的热膨胀系数更接近,这样有利于提高高温下Pd-Au合金复合膜的稳定性。采用原位氧化法制备了TiO2/Ti复合膜,考察了氧气浓度、氧化温度和氧化时间等工艺条件对所制备的陶瓷膜的厚度、孔径和微结构等性能的影响。结果表明:随着氧气浓度、氧化温度和氧化时间的增加,所制备的陶瓷膜厚度逐渐增加,而孔径逐渐减小。最佳的制备工艺条件为:氧气浓度为N2:O2=2:1,氧化温度为800℃和氧化时间为60min。所制备的TiO2/Ti复合膜膜面平整光滑,膜层厚度均匀,膜表面仅形成金红石型TiO2特征峰,所制备的TiO2/Ti复合膜具有较窄的孔径分布,最可几孔径约为0.312μm。稳定性实验表明所制备TiO2/Ti复合膜具有良好的稳定性。采用连续的化学镀法制备了Pd-Au/TiO2/Ti合金复合膜,对所制备的Pd-Au合金复合膜进行微结构和渗透性能表征,结果表明:所制备的Pd-Au合金复合膜膜表面平整光滑,膜层厚度约为20μm,膜层之间结合较好。BES及EDS分析结果显示,TiO2过渡膜层有效地阻止了金属间的相互扩散。XRD分析表明在773K、N2、H2氛围下热处理10h后,Pd和Au实现了合金化形成了Pd-Au合金膜。随着温度和压差的增加氢气渗透量逐渐增加,当温度高于773K,压差大于0.09MPa时,氢渗透通量达到了13.4cm3/（cm2·min）,表明所制备的Pd-Au合金膜具有较高的H2渗透通量,但是所制备的复合膜的H2/N2选择性仅有2000,还需进一步提高。透氢稳定性能测试表明所制备的Pd-Au/TiO2/Ti合金复合膜具有良好的透氢稳定性能。