氢分离合金冷轧成膜组织演变及透氢性能研究进展

第VB族（Nb、V、Ta）难熔金属与商用Pd比不但具有较高的氢渗透率而且价格低廉，成为人们青睐的新一代可替代钯的新型氢分离膜材料。为了规模化制备高通量的氢分离合金膜，研究者们对铸锭合金先进行冷轧变形以获得大尺寸平面膜，然后通过退火处理提高渗透率从而达到合金膜通量效率提升的目的。本文从合金的冷轧成形性、轧态及后续退火态组织演变以及透氢性能三方面的研究进展进行综述，分析了冷轧成膜的成分效应，阐述铸态、冷轧态和退火态的微观组织与渗透率的关系。讨论了通过轧态后续退火改善组织结构，进而开发高通量氢分离合金膜研究所面临的问题，最后对冷轧成膜及后续退火是实现低成本可规模化制备低厚度、高渗透率氢分离合金膜的前景进行展望。     

抗氢脆-高通量氢分离钒合金膜研究进展

体心立方(bcc)结构的第五族金属元素V具有高的氢渗透率和力学性能,且价格比Pd金属低。在此基础上开发的V基合金膜相比纯V有较高的抗氢脆性,有望成为未来商业应用中代替Pd-Ag的合金膜材料。本文对氢分离合金膜的渗透原理、韧性-脆性转变的氢浓度以及V基合金膜的渗透性能进行了综述并对未来发展趋势进行了简单的展望。     

CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜氢渗透性能的影响

在300~450℃范围内,研究氢中加入CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜氢渗透性能的影响。结果表明,CO2的加入会大大降低膜的氢渗透率,CO2浓度越高,氢渗透率降低越多;CO2对Pd8Y0.23Ru合金膜存在一定的毒化作用,使氢渗透率下降,450℃下的毒化作用明显强于300℃,但随着时间的延长,渗透率降低速率趋缓。CO2降低氢渗透率还有另外2个因素:当CO2浓度较高(>3%,摩尔分数)时,聚集在膜表面附近的CO2对氢气传质的阻塞作用是氢渗透率降低的主要因素;当CO2浓度较低(<1%)时,CO2在膜表面吸附,占据氢的活性点位,是氢渗透率降低的主要因素。     

固体氧化物燃料电池合金连接体涂层材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)向中温化发展,使得用金属材料作连接体成为可能.但是金属连接体在SOFC工作的高温氧化和湿氢环境中,其使用寿命受到严重限制,需要表面保护层.常用钙钛矿结构和尖晶石结构类的氧化物作为金属涂层材料.在合金表面涂覆致密氧化物涂层很关键,通过涂层材料与合金挥发出的Cr类元素之间的化学反应,可以降低Cr挥发,减弱Cr对阴极的毒化,阻止合金的进一步氧化.涂层材料还需要有高的电子电导率,与合金匹配的热膨胀性能,以降低界面电阻,防止涂层脱落.目前,还没有哪一种材料能够满足这多方面的要求,因此合金保护涂层材料还需要进一步的研究.     

表面Pd膜对LaNi_(4.25)Al_(0.75)合金贮氢性能的影响

为改善LaNi4.25Al0.75贮氢合金表面抵抗杂质气体毒化的能力,采用化学镀对粒径d为150~300μm的LaNi4.25Al0.75颗粒进行了表面金属Pd的包覆。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对化学镀前后LaNi4.25Al0.75合金颗粒的表面形貌及结构进行表征分析;采用容量法测试材料的贮氢性能。结果表明:化学镀在LaNi4.25Al0.75颗粒表面沉积了一层晶体Pd单质,膜层均匀且有一定的致密性。表面金属Pd层能够使LaNi4.25Al0.75颗粒在含杂质(O2和N2)氢气中的贮氢容量的衰减幅度由1.928%降至0.086%,有效提升了其抵抗O2和N2毒化的能力。     

Cr含量对氢分离合金V90-xTi10Crx(x=0,5,10,20)组织和性能的影响

单相V基合金膜具有比Pd合金膜更高的氢渗透率及较低的成本,在氢分离合金膜纯化领域有潜在的应用前景。通过增加Cr含量来探究斥氢元素Cr对单相V_90-xTi₁₀Cr_x(x=0, 5, 10, 20)(原子分数,%)合金氢溶解、氢渗透以及抗氢脆能力的影响。结果表明,Cr含量的增加降低了氢在V_90-xTi₁₀Cr_x合金中的氢溶解度以及氢扩散系数,从而降低了氢渗透率,但V_90-xTi₁₀Cr_x合金仍表现出优于Pd及Pd-Ag合金的氢渗透性能。另一方面,随着Cr含量的增加,V_90-xTi₁₀Cr_x合金破裂温度从184℃(x=5)降低到141℃(x=10),而x=20时,合金膜冷至室温仍保持完整性,表现出优异的抗氢脆性能。     

Ti-6Al-4V合金热氧化涂层的高温磨损行为研究

通过热氧化/真空扩散处理在Ti-6Al-4V合金表面制备氧化涂层,采用高温磨损试验机对涂层在400 ℃空气中进行干滑动摩擦磨损试验,研究了涂层的高温磨损行为和机制。结果表明：Ti-6Al-4V合金经氧化/扩散后表面形成氧化物涂层,厚度达250 μm。相比于未处理的材料,氧化物涂层的磨损失重非常小,高温耐磨性显著提高。磨损表面均形成摩擦氧化物层,涂层的高耐磨性可归功于硬化的陶瓷涂层与具保护作用的摩擦层的共同作用。主要磨损机制为剥层磨损。     

氢分离单相V基合金膜研究进展

Pd-Ag合金膜作为分离高纯H2的金属膜目前已经商业化应用,但由于Pd-Ag合金膜的材料成本高,限制其大规模应用。 单相V基合金膜拥有比钯银合金膜更高的H渗透率、机械强度和较低的成本,且氢脆抗力较纯V得到很大提高,塑性和H渗透率也比多相V基合金膜高,因此成为替代Pd-Ag合金膜的潜在材料之一。 本文综述了氢分离单相V基合金膜的研究进展,包括V基合金膜种类及H渗透性能、微观结构对H渗透性能的影响、合金膜失效机制等,并对氢分离单相V基合金膜未来的发展趋势进行了简单的展望。     

CO2毒化对Pd膜表面状态与氢同位素渗透性能的影响

在不同温度的CO2气氛中对Pd膜进行了毒化,将毒化后的Pd膜与氢气反应并测试其氢同位素渗透性能。采用XPS、SEM等检测了CO2在不同温度下对Pd膜毒化后的表面成分与形貌,并对比分析了吸氢前、后的Pd膜表面状态的变化,得出了CO2对Pd膜表面状态的影响规律,探讨了CO2气体的毒化机理。结果表明,CO2分子在Pd表面会解离成为C=O,C-O与O原子,随着温度升高,C=O减少,而C-O与O原子含量增加。当CO2毒化温度达到500℃时,Pd表面会生成PdO并伴有微孔出现,而C-O随温度升高能够稳定吸附于Pd表面。毒化后的试样在常温下进行吸氢反应后表面PdO消失,吸附O含量减少,多孔形貌得到改变。CO2毒化后,由于C-O与O原子在Pd表面吸附并占据了Pd膜表面的氢解离位,从而导致Pd膜透氘能力下降。     

Ti-6Al-4V合金热氧化涂层的高温磨损行为

通过热氧化/真空扩散处理在Ti-6Al-4V合金表面制备氧化涂层,采用高温磨损试验机对涂层在400℃空气中进行干滑动摩擦磨损试验,研究了涂层的高温磨损行为和机制。结果表明:Ti-6Al-4V合金经氧化/扩散后表面形成氧化物涂层,厚度达250μm。相比于未处理的材料,氧化物涂层的磨损失重非常小,高温耐磨性显著提高。磨损表面均形成摩擦氧化物层,涂层的高耐磨性可归功于硬化的陶瓷涂层与具保护作用的摩擦层的共同作用。主要磨损机制为剥层磨损。     

透氢非钯基金属膜研究进展

相比于变压吸附和深冷分离法,膜分离技术由于能耗低、简单易行等特点,在氢气分离提纯中的应用具有优势。目前工业上分离提纯氢气应用最多的是致密金属膜,尤其是钯及其合金膜。但是钯是贵金属,成本非常高,限制了钯基膜的大规模应用。因此目前非钯基致密金属膜在氢气分离提纯中的应用受到广泛的的关注,成为研究热点。本文综述了金属膜分离氢气机理,非钯基金属膜的材料成分及其发展现状,并指出目前开发膜材料存在的一些亟待解决的问题。     

渗氢用钯基膜的研究现状

介绍了渗氢用钯基膜的渗氢机理、影响因素以及制备技术的进展情况。重点阐述了钯基膜的种类及其各自的应用。钯膜的发展经历了从最初的纯钯膜、钯合金膜(主要为钯银、钯钇合金)到目前备受关注并具有良好应用前景的钯及钯基复合膜(如多孔陶瓷、多孔不锈钢基体等)。钯膜的合金化,不仅能提高膜的氢渗透率,而且更重要的是可以提高钯膜的抗氢脆能力,延长钯膜的寿命,扩展钯膜的适用范围。而钯复合膜的研究成功,在保证膜的机械稳定性的前提下,降低了钯膜的厚度及成本,并极大地提高了钯膜的氢渗透率。     

Progress of Palladium Alloy Membranes in Hydrogen Energy

Palladium and palladium alloy membranes have attracted wide attention in hydrogen permeation areas for their excellent permeability, perm -selectivity and thermal stability. This paper review the principle of hydrogen permeation, type of alloys and the fabrication methods. At last, the progress and achievements on palladium alloy membranes by Northwest Institute for Non-Ferrous Metal Research are emphasized.     

离子交换膜电解槽中电沉积金属镍(英文)

对离子交换膜电解槽中电沉积金属镍的条件进行优化。研究镍(II)及硼酸浓度、pH及温度对电沉积镍的电流效率和能耗的影响。电解槽阴极液为含硼酸的硫酸镍溶液,阳极液为硫酸溶液。采用阴离子交换膜将阴、阳极室隔开,同时维持极室间的导电性。结果表明:阴极电流效率随镍和硼酸浓度以及pH值的增加而提高,随电流密度和搅拌速率的增大而降低。得到的优化电解条件为:Ni40g/L、硼酸40g/L、温度42oC、pH6、阴极电流密度300A/m2。在该条件下的电流效率为97.15%。     

PREPARATION OF SILICA MOLECULAR SIEVE MEMBRANE FOR HYDROGEN SEPARATION

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｐｏｒｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｌｙａｖａｉｌａｂｌｅｃｅｒａｍｉｃｔｕｂｅｓｕｐｐｏｒｔｅｄγａｌｕｍｉｎａｐｏｒｏｕｓｍｅｍｂｒａｎｅｉｓ２０５０?．ＧａｓｆｌｏｗｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅｍｂｒａｎｅｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓＫｎｕｄｓｅｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ〔１,２〕ａｎｄｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＨ２／Ｎ２ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｉｓ３７４ｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔａｔｔａｉｎｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｈｙｄｒｏｇ…     

化学镀法在ZrCo合金表面制备Pd膜及Pd-Ag合金膜包层研究

采用化学镀方法在氚处理材料ZrCo合金的表面沉积Pd膜或Pd-Ag合金膜包层,膜的特性通过XRD、SEM技术进行表征,并研究了Pd和Pd-Ag膜对ZrCo合金抗中毒性能的影响.研究表明,ZrCo合金颗粒表面可以沉积一层非常致密均匀的Pd膜薄层,但是由于Pd和Ag颗粒总体沉积电位的差异,导致Pd-Ag层的沉积不十分致密,...     

Study on Asymmetry Stainless Steel Filtration Membrane Used in Juice Industry

研究了在不同操作压力下,非对称不锈钢分离膜对原果汁中可溶性固形物含量、色值、浊度等过滤效果。结果表明:过滤后果汁中不含果胶和淀粉,果汁中的可溶性固形物含量从15%降到14.3%,果汁的色值(T440)可达40%以上,透光度(T625)可达80%以上,浊度(NTU)小于1。此结果预示非对称不锈钢分离膜在果汁行业具有很大的应用潜力。     

TOA-煤油-KCN分散支撑液膜体系中Au(Ⅲ)的传输

以聚偏氟乙烯膜(PVDF)为支撑体,煤油为膜溶剂,三正辛胺为流动载体,研究分散支撑液膜体系中金属Au(Ⅲ)的传输行为;考察料液相酸度、分散相膜溶液与解析液体积比、解析相中KCN浓度以及不同的解析剂对Au(Ⅲ)传输的影响。结果表明,当料液相盐酸浓度为2.0mol/L,分散相中膜溶液与解析液体积比为40:20,用KCN作解析剂,KCN浓度为0.5mol/L时,该分散支撑液膜体系对金属Au(Ⅲ)具有很好的传输作用。     

石墨烯类材料在膜分离领域中的应用与研究

二维材料石墨烯具有超薄片层结构,其片层间隙尺寸可实现对特定物质的截留;同时,石墨烯具有极好的化学稳定性,能够作为表面防氧化保护层。近年来,利用石墨烯类材料改性分离膜的性能已成为该领域的研究热点。为探索石墨烯类材料在膜分离领域中的应用,对石墨烯的分类及其制备方法进行简要的概述,重点讨论了石墨烯改性在提高分离膜的通量、选择性、机械性能、热稳定性、耐氯性和抗污染性方面的机理。石墨烯类材料主要通过掺杂或表面沉积对分离膜进行改性,石墨烯类材料改性膜在脱盐、油水分离、染料脱色、有机物脱水、水溶液中脱除微量挥发性有机物、有机物-有机物分离和气体分离等领域均表现出优异的分离特性。石墨烯类材料片层内部及片层之间的空间可以为目标分离物提供传输通道,其表面基团和带电特性又增强了石墨烯改性膜与目标分离物之间的亲和作用,从而可以同时提高通量和选择性。调控石墨烯类材料自身的结构,改善其在高分子材料内的相容性,提高石墨改性膜的稳定性,是石墨烯类材料在膜分离领域未来的研究重点。     

Hydrochloric acid recovery from rare earth chloride solutions by vacuum membrane distillation

The possibility of the recovery of hydrochloric acid from rare earth （RE） chloride solutions was first experimentally studied by batch vacuum membrane distillation （VMD）. The recovery by continuous VMD was also studied to devise methods that enabled the operation of VMD setup in a stable condition as well as to increase the membrane-operating life The results indicated that HCl separation with RE by VMD was possible, and the recovery ratio of 80% could be achieved by batch VMD. In continuous VMD, when the temperature of circular solutions, circular rate, and downstream pressure was 62-63℃, 5.4 cm/s, and 9.33 kPa, respectively, the HCl concentration in circular solutions and the processing capacity per membrane area were obtained. The mathematical results were in accordance with the experimental ones.