鈀膜在氫氣的分離中的用途

義烏鈀管,氫氣純化器,氫氣分離膜,鈀膜廠家

鈀膜一般是指管式或片式的金屬鈀或鈀合金。其結構又分為兩類:一是自支撐型，一是負載型(又稱復合膜)。

自支撐型的鈀膜管或膜片厚度為15-100微米，材質一般是鈀銀或鈀銅合金。主要用于氫氣的分離，也可以用于氫同位素的分離，以及氫同位素之間的分離。自支撐型鈀膜的缺點是強度差、滲透率低、成本高。為解決這一問題，人們將鈀膜沉積在多孔基體上，形成負載型鈀膜(又稱鈀復合膜或復合鈀膜) 。

通常認為，氫氣透過鈀膜的方式遵循溶解--擴散機制，包含以下五個步驟:

(1) 氫分子在鈀膜表面化學吸附，并解離。

(2) 表面氫原子溶解于鈀膜。

(3) 氫原子在鈀膜中從一側擴散到另一側。

(4) 氫原子從鈀膜析出，呈化學吸附態。

(5) 表面氫原子化合成氫分子并脫附。

鈀管,氫氣純化器,氫氣分離膜,鈀膜

眾所周知，氫與鈀接觸時，會形成氫化鈀。氫原子在鈀膜中溶解后可以形成氫化鈀的固態溶液，而氫在該固態溶液中具有很高的流動性，從而容易在鈀中擴散。氫化物按其結構大致可分成三種類型:(1)離子型氫化物(又稱鹽型氫化物)。例如，堿金屬及堿土金屬鈣、鍶、鋇能跟氫氣在高溫下直接反應生成如NaH、CaH2等。在反應過程中氫奪取金屬原子的價電子形成帶1個單位負電荷的離子H-。這類氫化物都是離子晶體，具有較高的熔點，在熔融狀態下能夠導電。(2)共價型氫化物(又稱分子型氫化物)，如HCl、H2S、NH3、CH4等，其熔點、沸點較低。(3)金屬型氫化物(因體積很小的氫原子只占據金屬晶格中的空隙位置，又稱間充型氫化物)，這類氫化物的組成不符合正?；蟽r規律，如LaH2.76，CeH2.69、TiH2、LaNi5H6等，它們的晶格中金屬原子的排列基本上保持不變，只是相鄰原子間距離稍有增加，具有類似合金的結構，無固定組成，所以也稱合金型氫化物。

除氫及其同位素之外，其他任何氣體都不能透過鈀膜。因此，鈀膜更多地被用于氫氣的純化，以生產高純氫和超高純氫。純鈀的機械性能差，在溫度低于300度、氫氣壓力快速升高的情況下，存在著氫脆問題。當鈀膜與氫氣接觸時，氫氣溶入鈀金屬中首先形成阿爾法型氫化鈀。如果溫度較低，則可能進一步形成貝塔型氫化鈀并伴隨H/Pd比的快速增高，從而導致鈀金屬的膨脹與晶格位錯并產生應力，當應力過大時，膜會變脆、破裂。為控制H/Pd比的快速增高，一是提高溫度或降低氫氣壓力，從而避免貝塔型氫化鈀的形成。另外，在鈀膜開始工作時，如果氫原料氣增壓過快，也會導致H/Pd比的快速增加，從而造成鈀的過快膨脹與氫脆。與純鈀膜相比，鈀合金膜的H/Pd比受到極大抑制，因此氫脆問題得到解決。

鈀膜的使用溫度一般為300-500攝氏度，高溫有利于提高透氫率，但會縮短膜的使用壽命，導致鈀膜與金屬接頭、焊料間相互擴散等一系列問題。鈀膜不能進行長時間高溫氧化。氫原料氣的某些雜質可導致鈀中毒，使透氫性能下降，甚至可使膜遭到破壞。能引起鈀中毒的物質有:汞、砷化物、鹵化物、油蒸氣、含硫和磷物質以及粉塵等。