能源與環(huán)境是21世紀(jì)的兩大主題,作為潔凈的可再生能源——?dú)淠茉矗约耙源藶榛A(chǔ)的“氫經(jīng)濟(jì)”正在走進(jìn)人們的生活。氫氣的分離和純化主要有變壓吸附法(PSA)、變溫吸附法(TSA)、深冷法、膜法等,其中膜法具有工藝簡單、操作方便、耗能少等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于中小型產(chǎn)氫系統(tǒng),如現(xiàn)場制氫、加氫站、便攜式供氫等。近年來,透氫膜的研發(fā)成為全球的研究熱點(diǎn)。從膜材料來說,所報(bào)道的氫氣分離膜有高分子膜、金屬鈀(包括鈀合金)膜、質(zhì)子電子混合導(dǎo)體膜、分子篩膜、納米孔碳膜、超微孔無定形氧化硅膜等,其中金屬鈀及其合金膜性能最為優(yōu)越。除氫氣外,其它任何氣體都不能透過鈀膜,這是因?yàn)闅錃饪稍谀け砻婊瘜W(xué)吸附并解離成原于氫,后者溶解到鈀膜中并在濃度梯度的驅(qū)動下,很容易地?cái)U(kuò)散到膜另一側(cè)析出并重新結(jié)合成分子氫。如果鈀膜完全致密,則經(jīng)鈀膜純化后可得到完全純凈的氫,可是一旦鈀膜有缺陷或出現(xiàn)小孔,則氫氣的純化效果下降。
負(fù)載型鈀膜的厚度一般為幾個(gè)或十幾個(gè)微米。對于如此薄的鈀膜,為了維持足夠的機(jī)械強(qiáng)度,需要將鈀膜鍍在載體上。用作鈀膜載體的材料不僅要有足夠的孔隙度,還要有足夠的穩(wěn)定性,以滿足氫氣分離過程中的溫度、壓力、氣氛等條件。鈀膜的載體材料都是指多孔材料制成的。
多孔不銹鋼已被廣泛地用于過濾工藝中鈀膜的載體材料,與其它濾材相比,它所具有的優(yōu)點(diǎn)有:孔徑可控,用金屬粉末燒結(jié)法可制成孔徑0.1~200um的過濾膜;機(jī)械強(qiáng)度、韌性好,能承受高壓;化學(xué)及熱穩(wěn)定性好,特種高溫多孔不銹鋼的操作溫度可達(dá)900℃;易于連接與密封;在線反沖洗效果好,可根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)差異,采用有機(jī)、無機(jī)化學(xué)試劑,強(qiáng)酸堿,強(qiáng)氧化劑或水蒸氣徹底清洗,也可以采用高壓水反沖洗;產(chǎn)品符合環(huán)保要求,膜被清洗后可反復(fù)使用,最終可被回收利用;使用壽命長,經(jīng)濟(jì)效益高。
文獻(xiàn)報(bào)道的制備方法很多,早在20世紀(jì)六、七十年代,研究人員就開始研究多孔不銹鋼材料的制備以及在過濾、消音等方面
不銹鋼工程上的應(yīng)用。多孔不銹鋼是由不銹鋼材料(如不銹鋼粉末、不銹鋼絲網(wǎng)、不銹鋼纖維等),通過擠出、壓制、卷扎等多種成型方式制成管式或片式坯體,再通過高溫?zé)Y(jié)形成的。
多孔不銹鋼材料的鈀膜制備主要有以下四種:
1、粉末燒結(jié)型 2、纖維燒結(jié)型 3、粉末 - 纖維復(fù)合型 4、絲網(wǎng)燒結(jié)型