JPH02268817A - Production of hydrogen separating medium - Google Patents
Production of hydrogen separating mediumInfo
- Publication number
- JPH02268817A JPH02268817A JP1092052A JP9205289A JPH02268817A JP H02268817 A JPH02268817 A JP H02268817A JP 1092052 A JP1092052 A JP 1092052A JP 9205289 A JP9205289 A JP 9205289A JP H02268817 A JPH02268817 A JP H02268817A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- substrate
- metal
- separation medium
- alkaline earth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/0005—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes
- C01B3/001—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes characterised by the uptaking media; Treatment thereof
- C01B3/0078—Composite solid storage media, e.g. mixtures of polymers and metal hydrides, coated solid compounds or structurally heterogeneous solid compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/0005—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes
- C01B3/001—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes characterised by the uptaking media; Treatment thereof
- C01B3/0084—Solid storage media characterised by their shape, e.g. porous compacts or hollow particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/508—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by using hydrogen storage media
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、水素ガスの回収、精製、除去等に用いられ
る水素分離媒体の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a method for producing a hydrogen separation medium used for recovery, purification, removal, etc. of hydrogen gas.
「従来技術とその課題J
従来高純度水素ガスを選択的に回収あるいは分離する方
法として、低温吸着法、Pd模膜法とが知られており、
これらの方法は主に半導体産業で採用されている。しか
し、低温吸着法は液体窒素を必要とするため高圧ガス取
締法の規制を受けると共に極低温技術が不可欠となり、
またPd模膜法は膜が高価であると共に操業温度が高い
といった不都合がある。したがって、低温吸着法および
Pd模膜法、ともに装置製作および操作上に大きな問題
を有し、また装置コストが高いという欠点をも有するも
のとなる。``Prior Art and Its Issues J'' Conventionally, low-temperature adsorption method and Pd patterning method are known as methods for selectively recovering or separating high-purity hydrogen gas.
These methods are mainly employed in the semiconductor industry. However, since the low-temperature adsorption method requires liquid nitrogen, it is subject to regulations under the High Pressure Gas Control Law and requires cryogenic technology.
Further, the Pd patterning method has disadvantages in that the film is expensive and the operating temperature is high. Therefore, both the low-temperature adsorption method and the Pd patterning method have major problems in device fabrication and operation, and also have the disadvantage of high device cost.
ところで、このような状況に鑑み、安価な水素吸蔵合金
を用いた水素分離方法か提案されている。By the way, in view of this situation, a hydrogen separation method using an inexpensive hydrogen storage alloy has been proposed.
しかし、この方法では、水素吸蔵合金か水素の吸蔵放出
の繰返しにより微粉化するため、系外に水素吸蔵合金を
出さないためのパーティクル対策をしなくてはならない
といった不都合があり、また吸蔵時に発熱し放出時には
吸熱するため、複雑な熱操作か必要となり、かつ合金の
体積膨張に伴う応力に耐える容器構造である必要がある
ことから実用性に乏しいといった問題もある。However, with this method, the hydrogen storage alloy is pulverized by repeated absorption and desorption of hydrogen, so there are inconveniences such as the need to take measures against particles to prevent the hydrogen storage alloy from leaving the system, and it also generates heat during storage. However, since it absorbs heat when released, complicated thermal operations are required, and the container structure must be able to withstand the stress caused by the volumetric expansion of the alloy, making it impractical.
近時、その解決策として水素吸蔵合金を多孔質体からな
る基板上に堆積し、この水素吸蔵合金を薄膜化した水素
分離材の提案かなされている。しかし、基板に直接水素
吸蔵合金を堆積したものでは、水素を吸蔵した際合金の
体積膨張により基板と合金とが剥離してしまうという欠
点がある。この欠点を解決するため、基板に、遷移金属
あるいは周期律表第mb族元素の金属をメツキするなど
の方法により表面処理を施し、合金との親和性を高め、
また熱膨張係数の差を小さくするといった試みがなされ
ている。しかしながらこの方法では、基板表面に付着せ
しめた金属の膜厚か厚くなることから基板の孔径か挟ま
り、水素1B過能力か低下するといった問題かある。ま
た、特に表面をメツキ処理した場合には、工程か?fs
Heとなることから生産コストが高(なり、さらに基
板に残った水分を除去するのが困難であるといった問題
が依然として残る。Recently, as a solution to this problem, a hydrogen separation material has been proposed in which a hydrogen storage alloy is deposited on a porous substrate and the hydrogen storage alloy is made into a thin film. However, when a hydrogen storage alloy is directly deposited on a substrate, there is a drawback that the substrate and the alloy peel off due to the volumetric expansion of the alloy when hydrogen is stored. In order to solve this drawback, the substrate is subjected to surface treatment such as plating with a transition metal or a metal of Group MB of the periodic table to increase its affinity with the alloy.
Attempts have also been made to reduce the difference in thermal expansion coefficients. However, this method has the problem that the metal film attached to the surface of the substrate becomes thicker, which pinches the pore diameter of the substrate and lowers the hydrogen 1B overcapacity. Also, especially if the surface is plated, is it a process? fs
Problems still remain, such as high production costs due to the use of He, and furthermore, it is difficult to remove moisture remaining on the substrate.
この発明は前記課題に鑑みてなされたちので、その目的
とするところは、優れた水素透過能力を有する水素分離
媒体を、簡略な工程で製造し得る方法を提供することに
ある。The present invention was made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method for producing a hydrogen separation medium having excellent hydrogen permeability through simple steps.
1課題を解決するための手段」
この発明の水素分離媒体の製造方法では、多孔質体から
なる基体にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を付
着せしめ、次にこの基体を加熱して該基体表層中に前記
アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を拡散し、該基
体上に水素吸蔵性金属を堆積して水素吸蔵性薄膜を形成
し、水素分離媒体を得ることを前記課題の解決手段とし
た。In the method for producing a hydrogen separation medium of the present invention, an alkali metal or an alkaline earth metal is attached to a substrate made of a porous material, and then the substrate is heated to remove the inside of the surface layer of the substrate. The solution to the above problem is to obtain a hydrogen separation medium by diffusing the alkali metal or alkaline earth metal into a substrate and depositing a hydrogen storage metal on the substrate to form a hydrogen storage thin film.
以下、本発明の水素分離媒体の製造方法について詳しく
説明する。Hereinafter, the method for producing the hydrogen separation medium of the present invention will be explained in detail.
まず、多孔質体からなる基板(基体)を用意する。多孔
質体としては、SUSフィルター、セラミックスフィル
ター、多孔質ガラス等の耐熱性の高い材料からなるもの
か好適に用いられ、またその平均孔径が1μm以下のも
のが好ましく、特に孔径分布が揃っているものか望まし
い。First, a substrate (substrate) made of a porous material is prepared. The porous body is preferably made of a material with high heat resistance such as a SUS filter, a ceramic filter, or porous glass, and preferably has an average pore diameter of 1 μm or less, especially one with a uniform pore size distribution. something desirable.
次に、この基板表面にアルカリ金属あるいはアルカリ土
類金属を付着せしめる。ここで付着するアルカ1ノ金属
あるいはアルカリ土類金属としては、K 、N a +
Ca r M g等が用いられるが、中でもK。Next, an alkali metal or an alkaline earth metal is attached to the surface of this substrate. The alkali metals or alkaline earth metals that adhere here include K, Na +
Car M g, etc. are used, among which K.
Naがより好適に用いられる。Na is more preferably used.
基板へのアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の具体
的付着方法としては、基板にアルカリ金属あるいはアル
カリ土類金属の硝酸塩溶液、水酸化物溶液、ハロゲン化
物溶液、炭酸塩溶液あるいは硫酸塩溶液を接触させる方
法が好適に採用されるが、中でも硝酸塩溶液を用いるの
が加熱拡散及硫酸塩等の不純物の残留の恐れか無(望ま
しい。A specific method for attaching an alkali metal or alkaline earth metal to a substrate is to contact the substrate with a nitrate solution, hydroxide solution, halide solution, carbonate solution, or sulfate solution of the alkali metal or alkaline earth metal. Among these methods, it is preferable to use a nitrate solution, since there is no risk of thermal diffusion or residual impurities such as sulfate (desirable).
また基板への前記金属溶液の接触方法としては、例えば
使用する金属溶液を適宜にpH調整し、次いでこの溶液
中に基板を数分間浸漬して基板表面をディッピング処理
するといった方法が採用される。As a method for contacting the metal solution with the substrate, for example, a method is adopted in which the pH of the metal solution used is adjusted appropriately, and then the substrate is immersed in this solution for several minutes to perform a dipping treatment on the substrate surface.
次いで、この基板を加熱し、該基板表層中に先に付着せ
しめた前記アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を拡
散する。ここで、前記の如く金属塩溶液を用いてアルカ
リ金属あるいはアルカリ土類金属を付着せしめた場合、
基板の乾燥処理を1[ねて加熱拡散することかできる。Next, this substrate is heated to diffuse the previously deposited alkali metal or alkaline earth metal into the surface layer of the substrate. Here, when alkali metals or alkaline earth metals are attached using a metal salt solution as described above,
The substrate can be dried and then heated and diffused.
そしてこの場合、その乾燥・拡散温度としては50〜1
200 ’Cの温度範囲か好ましいが、特に50000
以下で行うのが、急激な加熱により基板が損傷するなど
の恐れが無く望ましい。また、このように基板を金属塩
溶液と接触した後、後述する水素吸蔵性金属を堆積せし
めるに先立って基板を乾燥することにより、作製する水
素分離媒体の水分除去を有効に行うことができる。In this case, the drying/diffusion temperature is 50 to 1
A temperature range of 200'C is preferred, but especially 50,000
It is preferable to perform the following steps since there is no risk of damage to the substrate due to rapid heating. Further, after the substrate is brought into contact with the metal salt solution in this manner, the moisture in the hydrogen separation medium to be prepared can be effectively removed by drying the substrate before depositing the hydrogen-absorbing metal described below.
なお、基板にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を
拡散処理を行うにあたっては、繰り返し複数回処理する
のが、基板と後述する水素吸蔵性金属との親和力をより
強めることができ、よって基板からの水素吸蔵性金属の
剥離を抑制することかできるので好ましい。In addition, when performing diffusion treatment of alkali metals or alkaline earth metals on a substrate, repeating the treatment multiple times can strengthen the affinity between the substrate and the hydrogen-absorbing metal described later, and therefore hydrogen can be absorbed from the substrate. This is preferable because it can suppress the peeling of the storage metal.
その後、前記基板上に水素吸蔵性金属を堆積し、水素吸
蔵性薄膜を形成して水素分離媒体を得る。Thereafter, a hydrogen-absorbing metal is deposited on the substrate to form a hydrogen-absorbing thin film to obtain a hydrogen separation medium.
ここで水素吸蔵性金属とは、ある条件下にて水素のみを
可逆的に吸蔵し、あるいは放出し、さらには透過する金
属または合金である。このような金属の代表例としては
L aN i5. T iM 11 s等の合金群があ
り、一般に水素吸蔵合金といわれている。Here, the hydrogen storage metal is a metal or alloy that reversibly stores or releases only hydrogen under certain conditions, and also permeates it. A typical example of such a metal is L aN i5. There is a group of alloys such as T iM 11 s, which are generally referred to as hydrogen storage alloys.
また、P d、 V 、 N b等の金属も水素吸蔵性
を有するものであり、前記合金とともに本発明の水素吸
蔵性金属として用いられるものである。Further, metals such as P d , V 2 , and N b also have hydrogen storage properties, and are used together with the above alloys as the hydrogen storage metals of the present invention.
水素吸蔵性金属の堆積方法としては、物理的方法あるい
は化学的方法のいずれも採用することができる。物理的
方法としては熱蒸着法、スパッタリング法、イオンブレ
ーティング法などを用いることができ、また化学的方法
としてはメツキ法、化学的気相成長法などを用いること
ができる。なお、水素吸蔵性金属としてL aN 15
+ T iM n+ 、5等の合金群を採用する場合に
は、その合金組成の制御か容易となることから、スパッ
タリング法等の物理的方法がより好適とされる。As a method for depositing the hydrogen-absorbing metal, either a physical method or a chemical method can be employed. As a physical method, a thermal evaporation method, a sputtering method, an ion blating method, etc. can be used, and as a chemical method, a plating method, a chemical vapor deposition method, etc. can be used. In addition, as a hydrogen storage metal, L aN 15
When using an alloy group such as + TiM n+ , 5, etc., a physical method such as a sputtering method is more suitable because the alloy composition can be easily controlled.
このような堆積方法によって基板に水素吸蔵性金属を堆
積すると、基板にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金
属が存在することから、得られた水素吸蔵性金属の薄膜
はアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属が多量にある
ことによって基板と強固に接合する。When a hydrogen-absorbing metal is deposited on a substrate by such a deposition method, the resulting thin film of hydrogen-absorbing metal contains a large amount of alkali metal or alkaline earth metal, since alkali metals or alkaline earth metals are present on the substrate. This provides a strong bond with the substrate.
このような物理的あるいは化学的方法により堆積して得
る薄膜としては、非晶質状態でもよく、また結晶状態で
も良いが、非晶質状態のほうがより好ましい。なぜなら
、結晶性合金に比べ非晶質合金のほうが一般的に水素吸
蔵時の格子の体積膨張が少なく、また粒界が無いので割
れにくいからである。また薄膜の厚さとしては、例えば
[、3N is+T IM n+ 5等の水素吸蔵合金
を成膜する場合、50μm以下にするのが、単位面積当
りの水素透過速度か向上するので好ましい。The thin film deposited by such a physical or chemical method may be in an amorphous state or a crystalline state, but the amorphous state is more preferable. This is because, compared to crystalline alloys, amorphous alloys generally have less lattice volumetric expansion during hydrogen absorption, and are less likely to crack because they have no grain boundaries. Further, the thickness of the thin film is preferably 50 μm or less when forming a film of a hydrogen storage alloy such as [, 3N is+T IM n+ 5, etc., since this improves the hydrogen permeation rate per unit area.
このようにして得られた水素分離媒体を用い、例えば不
純物を含む原料水素ガスを精製するには、この原料水素
ガスを適宜な圧力にて水素分離媒体に通気する。すると
原料水素ガス中の水素分子は、水素吸蔵金属からなる薄
膜の表面で水素原子として解離し、優先的に薄膜内に拡
散することによって原料水素ガスから分離する。この場
合、原料水素ガスの圧力とこの原料水素ガス中の純水素
ガスの圧力との差により、水素原子は水素吸蔵性金属内
に拡散せしめられる。In order to purify, for example, a raw material hydrogen gas containing impurities using the hydrogen separation medium obtained in this way, this raw material hydrogen gas is passed through the hydrogen separation medium at an appropriate pressure. Then, the hydrogen molecules in the raw material hydrogen gas dissociate as hydrogen atoms on the surface of the thin film made of the hydrogen-absorbing metal, and are separated from the raw material hydrogen gas by preferentially diffusing into the thin film. In this case, hydrogen atoms are diffused into the hydrogen storage metal due to the difference between the pressure of the raw hydrogen gas and the pressure of pure hydrogen gas in the raw hydrogen gas.
また、この時の操作温度としてはI OO’C〜500
℃程度の温度範囲が望ましく、500 ’C以」二の温
度で操業すると、多孔質体からなる基板の孔が基板の熱
膨張により小さ(なって通気抵抗が上昇し、さらに加熱
費用も高くなって装置の稼働コストが上昇するといった
不都合を生ずる。また、原料水素ガスを水素分離媒体に
通気する際の圧力としては、操作温度における基板の曲
げ強度によって主に決定されるが、高圧ガス取締法の圧
力範囲以下で操作するのが望ましい。In addition, the operating temperature at this time is IOO'C ~ 500
A temperature range of approximately 500°C is preferable, but if the operation is performed at a temperature of 500°C or higher, the pores in the porous substrate will become smaller due to thermal expansion of the substrate (this will increase ventilation resistance and increase heating costs. In addition, the pressure at which the raw hydrogen gas is vented into the hydrogen separation medium is mainly determined by the bending strength of the substrate at the operating temperature, but according to the High Pressure Gas Control Law. It is desirable to operate below the pressure range.
なお、このようにして原料水素ガスを精製する場合、用
いる原料水素ガスの純度としては、水素分離媒体におけ
る水素分離用金属薄膜の表面酸化を考えると酸化性ガス
の少ないことが好ましく、酸化性ガスが総計で0.1%
以下である原料水素ガスを用いるのが、水素分離媒体の
耐久性の面で有利である。In addition, when refining raw material hydrogen gas in this way, the purity of the raw material hydrogen gas used should preferably be low in oxidizing gas, considering the surface oxidation of the metal thin film for hydrogen separation in the hydrogen separation medium. is 0.1% in total
It is advantageous to use the following raw material hydrogen gas in terms of durability of the hydrogen separation medium.
「作用」
この発明における請求項1記載の方法によれば、多孔質
体からなる基体にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金
属を付着せしめ、次にこの基体を加熱して該基体表層中
に前記アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を拡散し
、その後該基体上に水素吸蔵性金属を堆積して水素吸蔵
性薄膜を形成することにより水素分離媒体を製造するの
で、製造工程が簡略なものとなり、また前処理としてア
ルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を基体表層中に拡
散することから、該金属を介在することにより水素吸蔵
性金属の基体への接合強度が向上し、かつ得られた薄膜
におけるピンホールの発生が抑制される。"Function" According to the method according to claim 1 of the present invention, an alkali metal or an alkaline earth metal is attached to a substrate made of a porous material, and then the substrate is heated so that the alkali metal or alkaline metal is added to the surface layer of the substrate. Alternatively, the hydrogen separation medium is manufactured by diffusing an alkaline earth metal and then depositing a hydrogen storage metal on the substrate to form a hydrogen storage thin film, which simplifies the manufacturing process and pre-treatments. Since the alkali metal or alkaline earth metal is diffused into the surface layer of the substrate, the presence of this metal improves the bonding strength of the hydrogen storage metal to the substrate and prevents the formation of pinholes in the resulting thin film. suppressed.
また、請求項2記載の方法によれば、基体へのアルカリ
金属あるいはアルカリ土類金属の付着を、基体にアルカ
リ金属あるいはアルカリ土類金属の硝酸塩溶液、水酸化
物溶液、ハロゲン化物溶液、炭酸塩溶液あるいは硫酸塩
溶液を接触させることにより行うので、前処理として金
属をメツキする場合と異なり、基体の孔を閉塞すること
がない。Further, according to the method of claim 2, the adhesion of an alkali metal or alkaline earth metal to the substrate can be carried out using a nitrate solution, a hydroxide solution, a halide solution, or a carbonate solution of the alkali metal or alkaline earth metal. Since this is carried out by contacting with a solution or a sulfate solution, unlike when plating metal as a pretreatment, the pores of the substrate are not clogged.
請求項3記載の方法によれば、基体にアルカリ金属ある
いはアルカリ土類金属を付着せしめた後、基体上に水素
吸蔵性金属を堆積するに先立って50〜1200℃の温
度で乾燥処理および拡散処理するので、基板に残った溶
媒が十分除去され、よって得られた水素分離媒体を用い
て水素を精製した際、水素中に溶媒が残留する恐れがな
くなる。According to the method according to claim 3, after the alkali metal or alkaline earth metal is attached to the substrate, a drying treatment and a diffusion treatment are performed at a temperature of 50 to 1200° C. prior to depositing the hydrogen storage metal on the substrate. Therefore, the solvent remaining on the substrate is sufficiently removed, and when hydrogen is purified using the obtained hydrogen separation medium, there is no possibility that the solvent will remain in the hydrogen.
「実施例」
以下、この発明の製造方法を実施例によりさらに具体的
に説明する。“Examples” The manufacturing method of the present invention will be explained in more detail below with reference to Examples.
まず、基板としてシラス組成を有し、50mmX50m
mで厚さ0 、5 mmの正方形板状の多孔質ガラスを
用意した。なお、この多孔質ガラスの平均孔径は300
0人であった。First, the substrate has a shirasu composition and has a size of 50 mm x 50 m.
A square plate-shaped porous glass with a thickness of 0 and 5 mm was prepared. Note that the average pore diameter of this porous glass is 300
There were 0 people.
次に、用意した多孔質ガラス基板をアセトンで洗浄し、
その後以下に示す(1)〜(3)の操作手順で表面処理
を行い、基板表層中にナトリウムを拡散した。Next, the prepared porous glass substrate was cleaned with acetone,
Thereafter, surface treatment was performed according to the operating procedures (1) to (3) shown below to diffuse sodium into the surface layer of the substrate.
(1) 前記基板を10%硝酸ナトリウム溶液に2分
間浸漬する。(1) Immerse the substrate in a 10% sodium nitrate solution for 2 minutes.
(2)溶液から基板を引き上げ、500℃の温度で1時
間加熱し、乾燥およびナトリウムの拡散を行う。(2) The substrate is pulled out of the solution and heated at a temperature of 500° C. for 1 hour to dry and diffuse sodium.
(3)(1)、(2)の工程を3回ずつ繰り返し、これ
により基板表層中にナトリウムを拡散する。(3) Repeat steps (1) and (2) three times each to diffuse sodium into the surface layer of the substrate.
次いで、高周波マグネトロンスパッタ法を用い、以下の
条件により前記基板の表面上にLaN1tを堆積し、薄
膜を形成して水素分離媒体を得た。Next, using a high frequency magnetron sputtering method, LaN1t was deposited on the surface of the substrate under the following conditions to form a thin film and obtain a hydrogen separation medium.
ここで、スパッタリングターゲットとしては分割型ター
ゲットを使用した。この分割型ターゲットの分割角はL
a:40°、Ni:5G°であり、それぞれ4枚用意
してディスク状に張り合わせ、ターゲットとした。また
、スパッタリング条件は以下の通りとした。Here, a split target was used as the sputtering target. The dividing angle of this split target is L
A: 40°, Ni: 5G°, and four sheets of each were prepared and pasted together into a disk shape to serve as a target. Moreover, the sputtering conditions were as follows.
(i)雰囲気 4XlO−”Torr(Ar)(
11)基板乾燥 150℃、 300se
c。(i) Atmosphere 4XlO-”Torr(Ar)(
11) Substrate drying 150℃, 300se
c.
(iii)エツチング 150℃、 2001.
30sec。(iii) Etching 150°C, 2001.
30 seconds.
(iv)プレスパツタ 2QOW、 180
sec。(iv) Press sputter 2QOW, 180
sec.
(v)スパッタ 100℃,8001f、 18
00sec。(v) Sputtering 100°C, 8001f, 18
00sec.
前記条件でスパッタリングして得られた薄膜は、その厚
さが5μmであり、LaN1tの組成を有していた。The thin film obtained by sputtering under the above conditions had a thickness of 5 μm and a composition of LaN1t.
このようにして得られた水素分離媒体を、その成膜直後
に130℃+ 15 atmで水素加圧し、水素吸蔵後
の状態をX線回折したところ、LaNi5からなる水素
吸蔵合金薄膜が非晶質状態になっていることが確認され
た。Immediately after film formation, the hydrogen separation medium thus obtained was pressurized with hydrogen at 130°C + 15 atm, and the state after hydrogen absorption was analyzed by X-ray diffraction. It has been confirmed that the condition is
さらに、この水素分離媒体を300℃,15atmで水
素加圧した後、走査型電子顕微鏡を用いてその状態を観
察したところ、薄膜にピンホールは観察されず、また水
素吸蔵性合金(LaNit)と基板との剥離も観察され
ず良好な状態を保持していた。Furthermore, when this hydrogen separation medium was pressurized with hydrogen at 300°C and 15 atm and its state was observed using a scanning electron microscope, no pinholes were observed in the thin film. No peeling from the substrate was observed and a good condition was maintained.
次に、このようにして得られた水素分離媒体を第1図に
示す水素分離用装置に装填し、He’J−り量を測定し
た。第1図において符号lは水素分離装置、2は前記実
施例によって得られた水素分離媒体である。Next, the hydrogen separation medium obtained in this manner was loaded into the hydrogen separation apparatus shown in FIG. 1, and the amount of He'J was measured. In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a hydrogen separation device, and 2 indicates a hydrogen separation medium obtained in the above embodiment.
測定の操作方法を説明すると、まず水素分離装置1内の
処理室内に第1図に示すように水素分離媒体2をセット
する。ここで水素分離装置1は、断熱材からなる外壁3
内に処理室4を形成し、外壁3と処理室4との間に後述
する温度コントローラに接続されたヒータ5を配したも
ので、処理室4の前後方向にそれぞれガス供給管6とガ
ス排出管7とを外壁外に通じるよう配管したものである
。To explain the measurement operation method, first, the hydrogen separation medium 2 is set in the processing chamber of the hydrogen separation apparatus 1 as shown in FIG. Here, the hydrogen separator 1 has an outer wall 3 made of a heat insulating material.
A processing chamber 4 is formed inside the processing chamber 4, and a heater 5 connected to a temperature controller to be described later is arranged between the outer wall 3 and the processing chamber 4. A gas supply pipe 6 and a gas exhaust pipe are arranged in the front and rear directions of the processing chamber 4, respectively. The pipe 7 is connected to the outside of the outer wall.
また、水素分離媒体2をセットするにあたっては、水素
吸蔵性金属からなる薄膜側をガス供給管6側とし、分離
媒体2の前後を2個のOリング8′、8により固定して
処理室4内における分離媒体2前後の空間を分離媒体2
によって気密に遮断した。In addition, when setting the hydrogen separation medium 2, the thin film side made of a hydrogen-absorbing metal should be placed on the gas supply pipe 6 side, and the front and back of the separation medium 2 should be fixed with two O-rings 8', 8, and placed in the processing chamber 4. The space before and after the separation medium 2 in the separation medium 2
It was sealed off airtight.
次いで、処理室4に図示路の蓋をして処理室4内を気密
にし、その後ガス供給管6より一定量のHeガスを処理
室4内に供給し、ガス排出管7からのHeガスの排出量
を測定してHe リーク量を調べた。なお、測定に際し
ては、温度コントローラー9に接続された温度センサ1
0を予めガス供給管6内に挿通配置し、温度センサ9で
検出されたガス温度から温度コントローラ10によりヒ
ータ5を制御して供給ガスの温度を一定にした。また、
処理室4内に供給する供給ガスのべt量は、供給ガスの
一部をガス供給管6に接続されたバイパス管11に逃が
すことによって一定にした。Next, the processing chamber 4 is covered with a lid to make the processing chamber 4 airtight, and then a certain amount of He gas is supplied into the processing chamber 4 from the gas supply pipe 6, and the He gas from the gas exhaust pipe 7 is The amount of He leakage was investigated by measuring the amount of discharge. In addition, when measuring, the temperature sensor 1 connected to the temperature controller 9
0 was inserted into the gas supply pipe 6 in advance, and the temperature controller 10 controlled the heater 5 based on the gas temperature detected by the temperature sensor 9 to keep the temperature of the supplied gas constant. Also,
The total amount of the supply gas supplied into the processing chamber 4 was kept constant by letting a part of the supply gas escape to the bypass pipe 11 connected to the gas supply pipe 6.
このようにしてHeガスのリーク量を調べたところ、リ
ーク量は2 、 OX 10−”atm−cc/ se
c以下であり、作製した薄膜にピンホールがないことか
確認された。When the leakage amount of He gas was investigated in this way, the leakage amount was 2, OX 10-”atm-cc/se
c or less, and it was confirmed that there were no pinholes in the produced thin film.
次いで、第1図に示した水素分離装置を用いてこれに前
記水素分離媒体をセットし、Ar : 30 vo1%
、 H2ニア 0 vo1%の混合原料水素ガスを30
0℃C11Oatで通気して水素分離能試験を行った。Next, using the hydrogen separation apparatus shown in FIG. 1, the hydrogen separation medium was set therein, and Ar: 30 vol.
, H2 near 0 vo1% mixed raw material hydrogen gas 30
A hydrogen separation ability test was conducted by aerating at 0° C. and 11 Oat.
その結果、混合原料水素ガスは99.99vo1%の純
度の水素に精製され、本発明によって得られた水素分離
媒体は高い水素ガス分離能があることか確認された。As a result, the mixed raw material hydrogen gas was purified to hydrogen with a purity of 99.99 vol%, and it was confirmed that the hydrogen separation medium obtained by the present invention has a high hydrogen gas separation ability.
また、上述した方法によって得られた水素分離媒体(本
発明試料)と、本実施例で用いた多孔質ガラス基板にC
uの無電解メツキを施し、150℃の温度にて30分間
真空乾燥処理を施し、さらに実施例と同様の条件で水素
吸蔵性合金膜を作製した試料とをそれぞれ用い、前記水
素分離能試験と同一の条件で水素を精製し、得られた精
製水素の露点を測定してその結果を第1表に示す。In addition, C
The above-mentioned hydrogen separation ability test was conducted using a sample in which a hydrogen-absorbing alloy membrane was prepared under the same conditions as in the example. Hydrogen was purified under the same conditions, and the dew point of the obtained purified hydrogen was measured. The results are shown in Table 1.
第1表
第1表に示した結果より、
本発明試料によって
精製された水素は純度99.99%の原料水素ガスより
も露点が低く、はぼ完全に水分が除去されていることが
確認された。一方、Cuの無電解メツキ処理を施した試
料によって得られた精製水素では、原料水素ガスよりも
露点が高く、したがって水分が精製水素中に混在してい
ると考えられることから、試料より水分が発生している
と推察される。なお、このときの水素透過速度はいずれ
もQ 、 56cm37c1−secであった。From the results shown in Table 1, it is confirmed that the hydrogen purified by the sample of the present invention has a lower dew point than the raw material hydrogen gas with a purity of 99.99%, and that water is almost completely removed. Ta. On the other hand, purified hydrogen obtained from a sample subjected to electroless plating of Cu has a higher dew point than the raw hydrogen gas, and therefore it is thought that water is mixed in the purified hydrogen. It is assumed that this is occurring. Note that the hydrogen permeation rate at this time was Q, 56 cm37c1-sec.
以上の結果より、本発明の製造方法によって得られた水
素分離媒体は、水分がほぼ完全に除去されているのこと
から基板からの水素吸蔵性合金の剥離が抑制されている
ことがわかり、よって本発明による水素分離媒体は十分
使用に耐えうるものであることが確認された。From the above results, it was found that in the hydrogen separation medium obtained by the manufacturing method of the present invention, water is almost completely removed, which means that the peeling of the hydrogen storage alloy from the substrate is suppressed. It was confirmed that the hydrogen separation medium according to the present invention is sufficiently usable.
「発明の効果」
以上説明したように、本発明における請求項1記戦の製
造方法は、多孔質体からなる基体にアルカリ金属あるい
はアルカリ土類金属を付着せしめ、次にこの基体を加熱
して該基体表層中に前記アルカリ金属あるいはアルカリ
土類金属を拡散し、その後該基体上に水素吸蔵性金属を
堆積して水素吸蔵性薄膜を形成することにより水素分離
媒体を製造するものであるから、簡略な工程により水素
分離媒体を製造することができ、よって水素分離媒体が
安価となることからこれを用いることにより水素の精製
コストを低減することができる。また、前処理として基
体表層中にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を拡
散することから、該金属を介在することによって水素吸
蔵性金属の基体への接合強度を高めることができ、よっ
て得られた水素分離媒体は水素吸蔵時における体積膨張
に伴う基体からの水素吸蔵性金属の剥離が抑制されたも
のとなる。さらに、水素吸蔵性金属の基体への接合強度
が高くなることにより、得られた水素吸蔵性金属薄膜に
おけるピンホールの発生が抑制され、したがって高い水
素分離能を有する水素分離媒体を得ることができる。ま
た、ピンホールの無い均一な薄膜を形成することができ
るので、従来のものに比べて薄膜の厚さを薄くすること
ができ、したがってこの水素分離媒体を用いれば水素の
透過速度が太き(なることから、水素分離媒体自身をコ
ンパクトにすることができる。"Effects of the Invention" As explained above, the manufacturing method according to claim 1 of the present invention involves depositing an alkali metal or alkaline earth metal on a porous substrate, and then heating the substrate. Since the hydrogen separation medium is produced by diffusing the alkali metal or alkaline earth metal into the surface layer of the substrate and then depositing a hydrogen-absorbing metal on the substrate to form a hydrogen-absorbing thin film, Since the hydrogen separation medium can be produced through a simple process and the hydrogen separation medium is therefore inexpensive, the hydrogen purification cost can be reduced by using this medium. In addition, since an alkali metal or alkaline earth metal is diffused into the surface layer of the substrate as a pretreatment, the presence of the metal can increase the bonding strength of the hydrogen-absorbing metal to the substrate. The separation medium is one in which peeling of the hydrogen-absorbing metal from the substrate due to volume expansion during hydrogen absorption is suppressed. Furthermore, by increasing the bonding strength of the hydrogen-absorbing metal to the substrate, the generation of pinholes in the obtained hydrogen-absorbing metal thin film is suppressed, and therefore a hydrogen separation medium with high hydrogen separation ability can be obtained. . In addition, since it is possible to form a uniform thin film without pinholes, the thickness of the thin film can be made thinner than that of conventional ones. Therefore, the hydrogen separation medium itself can be made compact.
さらに、この製造方法によって得られた水素分離媒体に
あっては、水素吸蔵金属が剥離することなく水素を吸蔵
することができることから、燃料電池や1次および2次
電池の水素極として用いることができる。Furthermore, since the hydrogen separation medium obtained by this production method can store hydrogen without the hydrogen storage metal peeling off, it can be used as a hydrogen electrode in fuel cells and primary and secondary batteries. can.
また請求項2記載の製造方法は、基体へのアルカリ金属
あるいはアルカリ土類金属の付着を、基体にアルカリ金
属あるいはアルカリ土類金属の硝酸塩溶液、水酸化物溶
液、ハロゲン化物溶液、炭酸塩溶液あるいは硫酸塩溶液
を接触させることにより行うので、前処理として金属を
メツキする場合と異なり基体の孔を閉塞することがなく
、したがって得られる水素分離媒体にあっては水素透過
能力の低下がないことから、水素分離媒体が有する特性
が十分発揮されて透過速度の速いものとなる。Further, the manufacturing method according to claim 2 provides a method for attaching an alkali metal or alkaline earth metal to a substrate by applying an alkali metal or alkaline earth metal nitrate solution, hydroxide solution, halide solution, carbonate solution or Because it is carried out by contacting with a sulfate solution, unlike when plating metal as a pretreatment, the pores of the substrate are not clogged, and the resulting hydrogen separation medium does not have a decrease in hydrogen permeation ability. , the characteristics of the hydrogen separation medium are fully exhibited, resulting in a high permeation rate.
請求項3記載の製造方法は、基体にアルカリ金属あるい
はアルカリ土類金属を付着せしめた後、基体上に水素吸
蔵性金属を堆積するに先立って50〜1200℃の温度
で乾燥処理および拡散処理するので、基板に残った溶媒
か十分除去され、よって得られた水素分離媒体を用いて
水素を精製すれば、分離媒体中に溶媒等の水分が残留し
ている恐れがないことから高純度の精2ソ水素ガスを得
ることかできる。In the manufacturing method according to claim 3, after adhering an alkali metal or alkaline earth metal to a substrate, a drying treatment and a diffusion treatment are performed at a temperature of 50 to 1200° C. prior to depositing a hydrogen storage metal on the substrate. Therefore, if the solvent remaining on the substrate is sufficiently removed and the resulting hydrogen separation medium is used to purify hydrogen, there is no risk of water from the solvent remaining in the separation medium, so high purity precision can be achieved. It is possible to obtain dihydrogen gas.
第1図はこの発明によって得られた水素分離媒体の水素
分離能を調へるための試験方法を説明するための図であ
って、水素分離装置の概略構成図である。
1・・・・・・水素分離装置、
2・・・・水素分離媒体。FIG. 1 is a diagram for explaining a test method for determining the hydrogen separation ability of a hydrogen separation medium obtained according to the present invention, and is a schematic diagram of a hydrogen separation apparatus. 1...Hydrogen separation device, 2...Hydrogen separation medium.
Claims (3)
ルカリ土類金属を付着せしめ、次にこの基体を加熱して
該基体表層中に前記アルカリ金属あるいはアルカリ土類
金属を拡散し、その後該基体上に水素吸蔵性金属を堆積
して水素吸蔵性薄膜を形成することを特徴とする水素分
離媒体の製造方法。(1) An alkali metal or alkaline earth metal is attached to a substrate made of a porous material, and then this substrate is heated to diffuse the alkali metal or alkaline earth metal into the surface layer of the substrate. 1. A method for producing a hydrogen separation medium, comprising depositing a hydrogen-absorbing metal on a hydrogen-absorbing metal to form a hydrogen-absorbing thin film.
、基体へのアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の付
着を、基体にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の
硝酸塩溶液、水酸化物溶液、ハロゲン化物溶液、炭酸塩
溶液あるいは硫酸塩溶液を接触させることにより行うこ
とを特徴とする水素分離媒体の製造方法。(2) In the method for producing a hydrogen separation medium according to claim 1, the adhesion of an alkali metal or alkaline earth metal to the substrate is performed by applying an alkali metal or alkaline earth metal nitrate solution, hydroxide solution, or halide to the substrate. 1. A method for producing a hydrogen separation medium, which is carried out by contacting a solution, a carbonate solution, or a sulfate solution.
、基体にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を付着
せしめた後、基体上に水素吸蔵性金属を堆積するに先立
って50〜1200℃の温度で乾燥処理および拡散処理
することを特徴とする水素分離媒体の製造方法。(3) In the method for producing a hydrogen separation medium according to claim 2, after adhering the alkali metal or alkaline earth metal to the substrate, and before depositing the hydrogen storage metal on the substrate, the temperature is set at 50 to 1200°C. 1. A method for producing a hydrogen separation medium, comprising drying and diffusion treatment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1092052A JPH02268817A (en) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Production of hydrogen separating medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1092052A JPH02268817A (en) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Production of hydrogen separating medium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02268817A true JPH02268817A (en) | 1990-11-02 |
| JPH0579368B2 JPH0579368B2 (en) | 1993-11-02 |
Family
ID=14043741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1092052A Granted JPH02268817A (en) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Production of hydrogen separating medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02268817A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001286742A (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen separation membrane |
-
1989
- 1989-04-12 JP JP1092052A patent/JPH02268817A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001286742A (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen separation membrane |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0579368B2 (en) | 1993-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0822161B1 (en) | Gas separator | |
| EP0818233B1 (en) | Gas separator | |
| US6475268B2 (en) | Supported membrane for hydrogen separation | |
| JP2991609B2 (en) | Joint of gas separator and metal and hydrogen gas separator | |
| KR100547527B1 (en) | Hydrogen Permeable Structure and Manufacturing Method Thereof | |
| US5738708A (en) | Composite metal membrane | |
| JP3213430B2 (en) | Gas separator and method for producing the same | |
| JP4250525B2 (en) | Separation diffusion metal membrane and manufacturing method thereof | |
| US6828037B2 (en) | Hydrogen-permeable structure and method for manufacture thereof or repair thereof | |
| JPH02271901A (en) | Production of hydrogen separating medium | |
| JP4112856B2 (en) | Method for producing gas separator | |
| JPH02268817A (en) | Production of hydrogen separating medium | |
| JP2008012495A (en) | Hydrogen permeable alloy membrane | |
| JP2004122006A (en) | Hydrogen separation membrane, method for producing the same, and method for separating hydrogen | |
| JPH02271902A (en) | Production of hydrogen separating medium | |
| JP2007038095A (en) | Hydrogen separation membrane and method for producing the same | |
| JPH0634906B2 (en) | Hydrogen separator | |
| Pişkin | Deposition and testing of thin film hydrogen separation membranes | |
| WO1996000608A1 (en) | Gas separator and method for producing the same | |
| Lanning et al. | Un-supported palladium alloy membranes for the production of hydrogen | |
| JP2000317282A (en) | Hydrogen separator | |
| Kirchner et al. | Hydrogen Purification using Ultra-Thin Palladium Films Supported on Porous Anodic Alumina Membranes | |
| JP2002521180A (en) | Hydrogen generator | |
| JP2005013855A (en) | Hydrogen separating body and its manufacturing method | |
| Wijmans et al. | Purification of Hydrogen Gas Streams. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |