鈀-聚合物基復合膜的制備、表征及性能研究.pdf

1、金屬鈀對氫氣具有獨特的選擇性,但金屬鈀膜價格昂貴、易脆、可加工性差。將鈀與聚合物基膜復合,有利于抑制氫脆現(xiàn)象,延長鈀膜的使用壽命;還可以減少鈀金屬的用量,降低成本,提高氫的透過量。鈀/聚合物基復合膜不僅兼有鈀膜和聚合物基膜的特點,還具有一系列獨特的優(yōu)點,因而鈀/聚合物基復合膜用途相當廣泛,可作為膜反應器,用于加氫與脫氫反應、含氫氣體的凈化與分離等;還可用于氫氣傳感器,在線檢測環(huán)境氫氣的濃度等?；瘜W鍍法的基本原理是利用控制自催化分解或降解

2、亞穩(wěn)態(tài)金屬鹽,在支撐體上形成薄膜。傳統(tǒng)化學鍍法沉積的金屬僅在膜面,膜孔中沉積較少,因而金屬鍍層與基膜結(jié)合力差。本文將膜相滲透與化學鍍的思想有機結(jié)合,提出了膜相滲透化學鍍法,使被還原的鈀原位沉積在膜孔中,通過膜孔的有序性控制鈀在膜孔中的分布,得到微觀結(jié)構(gòu)較好、膜面鈀層結(jié)合力強的鈀/聚合物基復合膜。本文具體考察了影響鈀/聚四氟乙烯(PTFE)復合膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能的六個主要因素,即鍍液中PdCl2濃度、Na2EDTA濃度、NH3·H2O濃度

3、、N2H4·H2O濃度及反應溫度、反應時間對金屬鈀沉積速率的影響。以鈀沉積速率為評判依據(jù),通過實驗獲得了制備Pd/PTFE復合膜的優(yōu)化條件。探討了不同孔徑基膜對復合膜微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響,并做出了合理的解釋。針對膜相滲透步驟在化學鍍過程中的作用,論文提出了適當?shù)臋C理。差示掃描量熱分析表明,Pd/PTFE復合膜的熱處理溫度為250℃,且鈀與聚四氟乙烯復合后,沒有降低膜的熱穩(wěn)定性。X衍射分析證實,沉積的鈀層沒有雜質(zhì),鈀晶粒尺寸在20nm以下

4、。掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),采用膜相滲透化學鍍法制備的Pd/PTFE復合膜的鈀層由均勻的球狀顆粒形成,其表面微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)化學鍍法制備的復合膜。通過進一步分析復合膜的微觀膜孔結(jié)構(gòu)、截面電阻率、鍍層結(jié)合力等發(fā)現(xiàn),采用膜相滲透化學鍍法,鈀主要在膜孔中原位生成,制備的復合膜截面電阻率低,鍍層結(jié)合力強。在Pd/PTFE復合膜的氫敏性能研究方面,本文初步測試了Pd/PTFE復合膜對H2和N2的不同響應,考察了Pd/PTFE復合膜的重現(xiàn)性。結(jié)果表明