鈀-聚合物基復(fù)合膜的制備、表征及性能研究.pdf

1、金屬鈀對(duì)氫氣具有獨(dú)特的選擇性,但金屬鈀膜價(jià)格昂貴、易脆、可加工性差。將鈀與聚合物基膜復(fù)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(fù)合膜不僅兼有鈀膜和聚合物基膜的特點(diǎn),還具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),因而鈀/聚合物基復(fù)合膜用途相當(dāng)廣泛,可作為膜反應(yīng)器,用于加氫與脫氫反應(yīng)、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(xué)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(xué)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(xué)鍍的思想有機(jī)結(jié)合,提出了膜相滲透化學(xué)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(qiáng)的鈀/聚合物基復(fù)合膜。本文具體考察了影響鈀/聚四氟乙烯(PTFE)復(fù)合膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能的六個(gè)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(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)金屬鈀沉積速率的影響。以鈀沉積速率為評(píng)判依據(jù),通過實(shí)驗(yàn)獲得了制備Pd/PTFE復(fù)合膜的優(yōu)化條件。探討了不同孔徑基膜對(duì)復(fù)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(duì)膜相滲透步驟在化學(xué)鍍過程中的作用,論文提出了適當(dāng)?shù)臋C(jī)理。差示掃描量熱分析表明,Pd/PTFE復(fù)合膜的熱處理溫度為250℃,且鈀與聚四氟乙烯復(fù)合后,沒有降低膜的熱穩(wěn)定性。X衍射分析證實(shí),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(xué)鍍法制備的Pd/PTFE復(fù)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(xué)鍍法制備的復(fù)合膜。通過進(jìn)一步分析復(fù)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(xué)鍍法,鈀主要在膜孔中原位生成,制備的復(fù)合膜截面電阻率低,鍍層結(jié)合力強(qiáng)。在Pd/PTFE復(fù)合膜的氫敏性能研究方面,本文初步測試了Pd/PTFE復(fù)合膜對(duì)H2和N2的不同響應(yīng),考察了Pd/PTFE復(fù)合膜的重現(xiàn)性。結(jié)果表明