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随着氢气综合利用的研究与发展,透氢钯膜得到了研究者更为广泛的关注。钯膜具有优良的透氢性和选择性,可用于氢气的分离与纯化、加氢与脱氢反应中。为了提高钯膜的氢通量以及降低膜成本,研究者将金属钯负载于多孔基体表面制备钯复合膜。但是随着钯复合膜的发展,基体成本、膜缺陷以及高温稳定性等问题逐渐显现。膜性能直接受制备过程的影响,而化学镀的预处理过程又直接决定膜的生长状态。为了控制基体成本,本工作选用廉价大孔陶瓷作为基体,从化学镀的预处理过程入手,通过对基体修饰以及基体活化过程的分析与改进,为钯复合膜的规模化制备提供参考。 化学镀过程中,钯在基体表面的沉积是自催化反应,钯围绕活化晶种不断生长,最终在基体孔道表面“搭桥”成膜。基体的表面活化效果直接决定膜的成长过程。本工作提出了一种新的醋酸钯活化法,可以通过浸涂或者刷涂的方法将溶有醋酸钯的凡士林膏体附着于基体表面,经氧化还原后即得到均匀的钯纳米颗粒层。醋酸钯在升温时会有短暂升华过程,会使得钯晶种的分布变得均匀。钯晶种的分布也会对膜层均匀度产生影响。通常来说膜缺陷更容易在膜层薄弱处产生,更好的膜层均匀程度会有利于膜的稳定性。本工作研究了利用不同涂覆方法进行活化对钯膜均匀程度的影响,发现利用刷涂法得到的钯膜膜厚均匀程度要好于利用浸涂法得到的钯膜。对不同活化操作得到的钯膜进行透氢分析,两根膜均表现出了非常优异的透氢性能以及选择性。 由于选用大孔陶瓷基体,传统的修饰方法并不适用。本课题组所开发的铅笔修饰法对于大孔陶瓷基体具有很好的修饰效果。本工作在铅笔修饰法的基础上,设计开发出一种适用于管式载体石墨修饰的自动化设备,旨在解决目前人工修饰过程中存在的主要问题,如修饰不均匀,修饰周期长等。研究发现,涂膜机制备的石墨层对大孔基体的缩孔效果显著,基体表面最大孔缩小了30%。基体通量有所减小,但仍能满足钯膜透氢需要。利用修饰后基体制备钯膜,膜厚5.5μm,350℃时H2通量约11 m3/(m2·h),并具有良好的选择性。初步尝试钯膜的规模化制备,同批次制备出4根50cm长钯膜管,均表现出优异的气密性。