一种氢气分离提纯膜制造技术

本实用新型专利技术提供了一种氢气分离提纯膜。本实用新型专利技术的氢气分离提纯膜，包括自上而下依次层叠设置的氢解离层、氢扩散层和氢重组层，所述氢扩散层为基底层，所述氢解离层和氢重组层均为碳化钼薄膜。本实用新型专利技术的氢气分离提纯膜提高了氢分离和提纯时的氢渗透性能并降低了使用成本，为实现新型、廉价、高效和稳定的氢气分离和提纯提供了新的选择。分离和提纯提供了新的选择。分离和提纯提供了新的选择。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气分离提纯膜


[0001]本技术涉及氢气分离
，尤其是涉及一种氢气分离提纯膜。

技术介绍

[0002]在全面建成小康社会来临之际，能源问题与环境问题成了制约工业发展的主要因素，氢能因具有储量大、热值高等诸多优点从而在新能源领域备受瞩目。由于半导体、氢能源汽车、航空航天等众多领域对使用的氢气纯度要求至少为99.999％，因此迫切需要寻找一种高效、廉价、可循环的方法以获取高纯氢。
[0003]目前，高纯氢主要通过变压吸附或低温蒸馏法获取，而膜分离法是当前最有效的氢气提纯技术，其中滤氢钯膜已经在氢气分离和提纯领域得到广泛应用。然而，钯金属属于贵金属元素，资源稀缺且价格昂贵，且低温下容易发生氢脆，因此目前金属基渗氢膜的研究致力于复合膜的研究以及寻找同样具有类Pd催化解离性质的材料。
[0004]鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种氢气分离提纯膜，该氢气分离提纯膜提高了氢分离和提纯时的氢渗透性能并降低了使用成本。
[0006]本技术提供一种氢气分离提纯膜，包括自上而下依次层叠设置的氢解离层、氢扩散层和氢重组层，所述氢扩散层为基底层，所述氢解离层和氢重组层均为碳化钼薄膜。
[0007]进一步地，所述碳化钼薄膜为晶态碳化钼薄膜。
[0008]进一步地，所述氢解离层的厚度为5-500nm。
[0009]进一步地，所述氢扩散层的厚度为20-20000μm。
[0010]进一步地，所述氢重组层的厚度为5-500nm。r/>[0011]进一步地，所述基底层为金属层、金属合金层或非金属陶瓷层。
[0012]进一步地，所述金属层为钒金属层、铌金属层、钽金属层、钼金属层、镍金属层、钛金属层、钯金属层、铂金属层或多孔不锈钢金属层。
[0013]进一步地，所述金属合金层为钒镍合金层、钒铬合金层、钒铜合金层、钒铁合金层、钒铝合金层、钒钴合金层、钒钼合金层、钒钨合金层、钒钛镍合金层、钒铁铝合金层、钒钼钨合金层、铌钛镍合金层、铌钛钴合金层、铌钼钨合金层或高熵渗氢合金层。
[0014]进一步地，所述非金属陶瓷层为多孔氧化铝陶瓷层、多孔氧化锆陶瓷层或沸石层。
[0015]本技术以碳化钼薄膜作为表面氢解离层和氢重组层，彻底取代了贵金属Pd，大幅度降低了应用成本；同时，本技术的氢气分离提纯膜还大幅提高了氢分离和提纯时的氢渗透性能，为实现新型、廉价、高效和稳定的氢气分离和提纯的材料和器件提供了新的选择。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本技术的氢气分离提纯膜的结构示意图；
[0018]图2为本技术的氢气分离提纯膜的工作原理示意图；
[0019]图3为实施例1-4在未负载基底负偏压的不同基底温度下制备的Mo2C/V氢气分离提纯膜材料的GIXRD图谱；
[0020]图4为实施例5-8在负载不同基底负偏压的不同基底温度下制备的Mo2C/V氢气分离提纯膜材料的GIXRD图谱；
[0021]图5为实施例2制备的Mo2C/V氢气分离提纯复合膜材料在未负载基底负偏压下氢通量随上游压力的变化曲线；
[0022]图6为实施例6制备的Mo2C/V氢气分离提纯膜材料在负载300V基底负偏压下氢通量随上游压力的变化曲线；
[0023]图7为实施例2-4制备的Mo2C/V氢气分离提纯膜材料与Pd和V材料的渗氢性能对比结果；
[0024]图8为实施例4与实施例9制备的Mo2C/V氢气分离提纯膜的渗氢性能对比测试结果；
[0025]图9为实施例4制备的Mo2C中Mo 3d的XPS图谱；
[0026]图10为实施例9制备的Mo2C中Mo 3d的XPS图谱；
[0027]图11为实施例2-4制备的Mo2C/V氢气分离提纯膜的持久渗氢测试曲线。
[0028]附图标记说明：
[0029]1：氢解离层；2：氢扩散层；3：氢重组层。
具体实施方式
[0030]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0032]下面将结合实施例对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0033]如图1所示，本技术的氢气分离提纯膜，包括自上而下依次层叠设置的氢解离层1、氢扩散层2和氢重组层3，氢扩散层2为基底层，氢解离层1和氢重组层3均为碳化钼薄
膜。
[0034]研究发现，碳化钼薄膜具有一定的与氢结合的催化能力，并且具有类似于Pd的氢解离催化能力，比一些过渡族金属元素和贵金属更接进Pt族元素，良好的氢结合能与交换电流密度表明其是可替代Pd的潜在催化剂。本技术的氢气分离提纯膜在基底层的两侧设置碳化钼薄膜，在提供氢渗透性能的同时大大降低了使用成本。
[0035]优选地，碳化钼薄膜中的碳化钼为晶态结构；即，碳化钼薄膜为晶态碳化钼薄膜。研究发现：晶态结构的碳化钼薄膜能够提高氢在纳米晶界中的传输速率，从而使得渗氢性能大幅上升。
[0036]优选地，碳化钼薄膜为离子束溅射膜，即通过离子束溅射方式形成的薄膜。离子束溅射技术是在较高真空下(～10-2
Pa)，从离子源激发出的高能氩等离子体对Mo2C靶材进行轰击，激发出来大量的高能Mo和C溅射粒子，这些粒子高速运动到达V基底并沉积在上面形成Mo2C/V复合膜。在离子束溅射过程中，从离子源激发出的高能氩等离子体是以一定入射角对靶材进行轰击，入射的氩离子与被溅射出来的靶材原子的飞行轨迹没有交集，不容易出现因联级碰撞产生的原子团簇，有利于形成排列规则的原子级高品质薄膜。其次，离子束从远距离轰击靶材，两者相对独立，没有磁控溅射过程中涉及的氩等离子体区，也不存在未离化的气体分子，而且工作气压要求的真空度更高，相较于磁控溅射高出两个数量级，因此可避免气体夹杂产生的薄膜氧化等缺陷。
[0037]对晶态结构碳化钼薄膜的形成方式不作严格限制。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气分离提纯膜，其特征在于，包括自上而下依次层叠设置的氢解离层、氢扩散层和氢重组层，所述氢扩散层为基底层，所述氢解离层和氢重组层均为碳化钼薄膜。2.根据权利要求1所述的氢气分离提纯膜，其特征在于，所述碳化钼薄膜为晶态碳化钼薄膜。3.根据权利要求1所述的氢气分离提纯膜，其特征在于，所述氢解离层的厚度为5-500nm。4.根据权利要求1所述的氢气分离提纯膜，其特征在于，所述氢扩散层的厚度为20-20000μm。5.根据权利要求1所述的氢气分离提纯膜，其特征在于，所述氢重组层的厚度为5-500nm。6.根据权利要求1所述的氢气分离提纯膜，其特征在于，所述基底层为金属层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新中，黄浩然，李新华，
申请(专利权)人：李新中，
类型：新型
国别省市：