JPH02271902A - Production of hydrogen separating medium - Google Patents
Production of hydrogen separating mediumInfo
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- JPH02271902A JPH02271902A JP1092051A JP9205189A JPH02271902A JP H02271902 A JPH02271902 A JP H02271902A JP 1092051 A JP1092051 A JP 1092051A JP 9205189 A JP9205189 A JP 9205189A JP H02271902 A JPH02271902 A JP H02271902A
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Abstract
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」
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模膜法どが知られており、
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模膜法は膜か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] Low temperature adsorption method, Pd model film method, etc. are conventionally known 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.
Furthermore, 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が提案されている。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、水素吸蔵合金が水素の吸蔵放出
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、複雑な熱操作が必要となり、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
ことが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 becomes pulverized due to repeated absorption and release of hydrogen, so there are disadvantages 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 heat is absorbed during release, complex 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が挟ま
り、水素透過能力か低下するといった問題がある。また
、特に表面をメツキ処理した場合には、工程が複雑とな
ることから生産コストが高くなり、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か依然とし
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 narrows the pore diameter of the substrate and reduces hydrogen permeability. In addition, especially when the surface is plated, the process becomes complicated, which increases the production cost, and there still remains the problem that 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もので、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 has been made in view of the above problems, and its purpose 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、該基体の孔を閉塞することなく無機質材を
コーティングし、次いで前記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, a substrate made of a porous material is coated with an inorganic material without clogging the pores of the substrate, and then a hydrogen storage medium is coated on the substrate. The solution to the above problem was to deposit a hydrogen-absorbing thin film to form a hydrogen-absorbing thin film to obtain a hydrogen separation medium.
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
が好適に用いられ、またその平均孔径が18m以下のも
のが好ましく、特に孔径分布か揃っているものが望まし
い。First, a substrate (substrate) made of a porous material is prepared. As the porous body, one made of a material with high heat resistance such as an SUS filter, a ceramic filter, or porous glass is preferably used, and one with an average pore diameter of 18 m or less is preferable, especially one with a uniform pore size distribution. Something is desirable.
次に、この基板表面に該基板の孔を閉塞することなく無
機質材をコーティングする。コーティングする無機質材
としては、S io 、、 T io 21 Z ro
1Alt03.BaTiO3,LiNbO3,I n
to−3nOL iA 102+ N atO−B 2
03−3 io を等が好適とされ、これらにさらに金
属をドーピングしてもよい。なお、コーティングする無
機質材を選択するにあたっては、使用する基板材料の熱
膨張率と後述する水素吸蔵性金属の熱膨張率との中間的
な熱膨張率の値を有する材質のものを用いるのが、基板
と水素吸蔵金属との接合性を高めるうえで好ましい。ま
た、コーティングするにあたっては基板の孔を閉塞する
ことがないようにする必要があることから、コーティン
グ厚を50μm以下とするのが好ましく、特に10μm
以下とするのが望ましい。Next, an inorganic material is coated on the surface of the substrate without blocking the pores of the substrate. Inorganic materials to be coated include S io , T io 21 Z ro
1Alt03. BaTiO3, LiNbO3, In
to-3nOL iA 102+ N atO-B 2
03-3 io and the like are preferred, and these may be further doped with a metal. When selecting an inorganic material for coating, it is best to use a material that has a coefficient of thermal expansion that is intermediate between the coefficient of thermal expansion of the substrate material used and the coefficient of thermal expansion of the hydrogen-absorbing metal described below. , is preferable in terms of improving the bondability between the substrate and the hydrogen storage metal. In addition, since it is necessary to avoid clogging the pores of the substrate during coating, it is preferable that the coating thickness be 50 μm or less, particularly 10 μm or less.
The following is desirable.
無機質材コーティングの具体的な方法としては、例えば
基体に金属珪酸塩水溶液、金属アルコキシド溶液、金属
アセチルアセトネート溶液あるいは金属カルボキンレー
ト溶液の一種以上を何首せしめ、これをゲル化し固定化
することによってコーテイング膜を得るといった方法が
採用される。ここで、例えば金属珪酸塩水溶液としては
、珪酸カソウム水溶液、珪酸ナトリウム水溶液などが挙
げられる。A specific method for coating with an inorganic material is, for example, applying one or more of a metal silicate aqueous solution, a metal alkoxide solution, a metal acetylacetonate solution, or a metal carboxylate solution to the substrate, and gelling and fixing the solution. A method of obtaining a coating film is adopted. Here, examples of the metal silicate aqueous solution include a cassium silicate aqueous solution and a sodium silicate aqueous solution.
前記溶液を付着せしめるための方法としては、スピンナ
ー法、ディッピング法、吹き付け法、刷毛塗り法等のい
ずれかの方法、あるいはこれらの組み合わせによる方法
などが採用され、中でも、作製するコーテイング膜の厚
さを薄くする必要があることから、スピンナー法、ディ
ッピング法が好適に採用される。なおこの場合、用いる
溶液を前記付着法に応じて予め適宜に粘度調整し、コー
テイング膜が所望する厚さとなるようにする。そして、
前記スピンナー法、ディッピング法を採用した場合では
、その回転速度あるいは引き上げ速度と使用する溶液の
粘度との関係により、得られるコーテイング膜の厚さが
決定される。As a method for attaching the solution, any method such as a spinner method, dipping method, spraying method, brush coating method, etc., or a method using a combination of these methods is adopted, and among them, the thickness of the coating film to be produced is determined. Since it is necessary to make the film thin, the spinner method and dipping method are preferably employed. In this case, the viscosity of the solution used is suitably adjusted in advance according to the above-mentioned deposition method so that the coating film has a desired thickness. and,
When the spinner method or dipping method is employed, the thickness of the resulting coating film is determined by the relationship between the rotation speed or pulling speed and the viscosity of the solution used.
また、付着せしめた前記溶液をゲル化して基板上に固定
するにあたっては、50〜1200℃の温度範囲で前記
基板を加熱処理するのが好ましく、特に50〜500℃
の温度範囲で加熱処理するのが、基板の熱膨張に起因し
てその孔の平均孔径が変化することがなく望ましい。In addition, in gelling the adhered solution and fixing it on the substrate, it is preferable to heat-treat the substrate at a temperature range of 50 to 1200°C, particularly 50 to 500°C.
It is preferable to perform the heat treatment at a temperature within the range of 100 to 100%, so that the average pore diameter of the pores does not change due to thermal expansion of the substrate.
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 n、 、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 n, , s, etc., 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 is
、 T iMn+、s等の合金群を採用する場合には、
その合金組成の制御が容易となることから、スパッタリ
ング法等の物理的方法かより好適とされる。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 is
When adopting alloy groups such as , T iMn+, s,
Physical methods such as sputtering are 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、基板上に無機質材がコーティングされている
ことから、得られた水素吸蔵性金属の薄膜は前記無機質
材を介在す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, since the substrate is coated with an inorganic material, the resulting thin film of hydrogen-absorbing metal is firmly bonded to the substrate through the inorganic material. to be joined to.
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(、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
L aN i6+TiMn+、s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
水素透過速度が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 crystalline alloys generally have less volumetric expansion of the lattice during hydrogen absorption, and are less likely to crack because they do not have grain boundaries.Also, the thickness of the thin film is determined by hydrogen storage alloys such as LaNi6+TiMn+, s, etc. When forming a film, the thickness is preferably 50 μm or less because the hydrogen permeation rate per unit area is improved.
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100℃〜500 ’
C程度の温度範囲が望ましく、500″C以上の温度で
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 100℃~500'
A temperature range of approximately 500°C is desirable, but if the operation is performed at a temperature of 500°C or higher, the pores of the porous substrate will become smaller due to thermal expansion of the substrate (this will increase the ventilation resistance, and furthermore, the heating cost will increase. In addition, the pressure at which the raw hydrogen gas is vented to 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、該基体の孔を閉塞することなく無機
質材をコーティングし、次いで前記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、また前処理として基体上に無機質材をコーティング
することから、該コーテイング膜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。"Operation" According to the method according to claim 1 of the present invention, a substrate made of a porous material is coated with an inorganic material without clogging the pores of the substrate, and then a hydrogen-absorbing metal is deposited on the substrate. Since the hydrogen separation medium is produced by forming a hydrogen-absorbing thin film, the production process is simplified, and since an inorganic material is coated on the substrate as a pre-treatment, the coating film can be used as a pre-treatment. The bonding strength of the hydrogen-absorbing metal to the substrate is improved, and the generation of pinholes in the obtained thin film is suppressed.
また請求項2記載の方法によれば、無機質材をコーティ
ングするに際し、コーティング厚を50μm以下とする
ので、多孔質体からなる基体の孔の閉塞が抑止される。Further, according to the method of claim 2, when coating with the inorganic material, the coating thickness is set to 50 μm or less, so that clogging of the pores of the porous substrate is suppressed.
請求項3記載の方法によれば、無機質材をフーティング
するに際し、基体に金属珪酸塩水溶液、金属アルコキシ
ド溶液、金属アセチルアセトネート溶液あるいは金属カ
ルボキシレート溶液の一種以上を付着せしめ、次いでこ
れをゲル化し固定化するので、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。According to the method of claim 3, when footing an inorganic material, one or more of a metal silicate aqueous solution, a metal alkoxide solution, a metal acetylacetonate solution, or a metal carboxylate solution is deposited on the substrate, and then this is gelled. Because it is solidified and fixed, unlike when plating metal as a pretreatment, it does not clog the pores of the substrate.
請求項4記戦の方法によれば、基体に金属珪酸塩水溶液
、金属アルコキシド溶液、金属アセチルアセトネート溶
液あるいは金属カルボキシレート溶液の一種以上を付着
せしめるにあたり、スピンナー法、ディッピング法、吹
き付け法、刷毛塗り法のいずれかの方法、あるいはこれ
らの組み合わせによる方法によって前記溶液の付着を行
うので、コーテイング膜の厚さが適宜に調整可能となる
。According to the method of claim 4, in depositing one or more of metal silicate aqueous solution, metal alkoxide solution, metal acetylacetonate solution, or metal carboxylate solution on the substrate, spinner method, dipping method, spraying method, brushing method, etc. Since the solution is applied by one of the coating methods or a combination thereof, the thickness of the coating film can be adjusted as appropriate.
請求項5記戦の方法によれば、基体に付着せしめた溶液
をゲル化し固定化するにあたり、該基体を50〜120
0℃の温度で加熱処理するので、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 of claim 5, in gelling and immobilizing the solution adhered to the substrate, the substrate is heated to a temperature of 50 to 120
Since the heat treatment is performed at a temperature of 0° C., the solvent remaining on the substrate is sufficiently removed, and therefore, 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、50nvX50m
mで厚さ0.5n+n+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, 50nv×50m
A square plate-shaped porous glass having a thickness of 0.5n+n+ 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た
。またこれとは別に、以下の第1表に示す組成となるよ
う溶液を調整した。Next, the prepared porous glass substrate was washed with acetone. Separately, solutions were prepared to have the compositions shown in Table 1 below.
第1表
次いで、第1表に示した組成の溶液(B aT io
3;4、28wt%)に前記基板を浸漬し、引き上げ速
度を変えてディッピング法により基板にB aT io
3の表面処理を施した後、500℃で10分間加熱し
てガラス化処理を行った。処理後、得られた基板のコー
テイング膜の厚さを測定し、その結果を第1図に示す。Table 1 Next, a solution having the composition shown in Table 1 (BaT io
3; 4, 28 wt%), and the substrate was coated with B aT io by a dipping method while changing the pulling speed.
After performing the surface treatment in step 3, vitrification treatment was performed by heating at 500° C. for 10 minutes. After the treatment, the thickness of the coating film on the obtained substrate was measured, and the results are shown in FIG.
さらに、同様にしてディッピング法による表面処理を繰
り返し行い、その結果も第1図に合わせて示す。Furthermore, the surface treatment by the dipping method was repeated in the same manner, and the results are also shown in FIG.
第1図に示した結果より、引き上げ速度か速くなると膜
厚が厚くなり、また処理回数が増す毎に膜厚が厚(なる
ことが判明した。From the results shown in FIG. 1, it was found that as the pulling speed increases, the film thickness increases, and as the number of treatments increases, the film thickness becomes thicker.
前記結果に基づき、本実施例では引き上げ速度0 、6
i+m/ secにてコーティング処理を3回施した
ものを用い、後述の処理を行った。なお、このコーティ
ング処理3回後の基板の窒素の透過性を、室温にて3
K g/ cm”Gの圧力で調べたところ、透過係数は
33 、2 N cc/ sec−cm!・cmHgと
なり、コーティング処理前の基板とほぼ同一の値が得ら
れた。Based on the above results, in this example, the pulling speed was 0 and 6.
The coating that had been coated three times at i+m/sec was used to perform the treatment described below. In addition, the nitrogen permeability of the substrate after three coating treatments was measured at room temperature.
When examined at a pressure of K g/cm"G, the permeability coefficient was 33.2 N cc/sec-cm!cmHg, which was almost the same value as the substrate before coating.
その後、高周波マグネトロンスパッタ法ヲ用イ、以下の
条件により前記基板の表面上にLaNi、を堆積し、薄
膜を形成して水素分離媒体を得た。Thereafter, LaNi was deposited on the surface of the substrate using high frequency magnetron sputtering under the following conditions to form a thin film to 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°、 N i:50’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。Here, a split target was used as the sputtering target. The dividing angle of this split target is L
a: 40°, Ni: 50', and four sheets of each were prepared and pasted together in a disk shape to serve as a target.
また、スパッタリング条件は以下の通りとした。Moreover, the sputtering conditions were as follows.
(1)雰囲気 4XIO−3Torr(Ar)(
ii)基板乾燥 150℃+ 300se
c。(1) Atmosphere 4XIO-3Torr (Ar) (
ii) Substrate drying 150℃ + 300se
c.
(iii ) x ノチング 150’C,200L
30sec。(iii) x Notching 150'C, 200L
30 seconds.
(1v)プレスパツタ 200W、 180
sec。(1v) Press sputter 200W, 180
sec.
(v)スパッタ 100℃、 8001. 180
0sec。(v) Sputtering 100°C, 8001. 180
0sec.
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、LaNi、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 had a composition of LaNi.
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1−30℃+15atalで水素加圧し、水素吸蔵後
の状態をX線回折したところ、L aN il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 1-30°C + 15 atal, and the state after hydrogen absorption was analyzed by X-ray diffraction. It was confirmed that it was in a crystalline state.
さらに、この水素分離媒体を300’0.15atm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(LaNi、)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 300'0.15 atm and its state was observed using a scanning electron microscope, no pinholes were observed in the thin film. ) and the substrate remained in good condition with no peeling observed.
次に、このようにして得られた水素分離媒体を第2図に
示す水素分離用装置に装填し、He’)−り量を測定し
た。第2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. 2, and the amount of He') was measured. In FIG. 2, 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l内の
処理室内に第2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l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 l 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0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 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 inside the processing chamber 4. The space before and after the separation medium 2 was hermetically sealed off by the separation medium 2.
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10
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流量は、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. Note that during measurement, a temperature sensor 10 connected to a temperature controller 9 is used.
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. Further, the flow rate 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−”atIIl−cc/
see以下であり、作製した薄膜にピンホールがないこ
とが確認された。When the leakage amount of He gas was investigated in this way, the leakage amount was 2, OX 10-”atIIl-cc/
It was confirmed that the produced thin film had no pinholes.
次いで、第2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フ1−し、A r:3 Q vo1
%、 Hyニア 0 vo1%の混合原料水素ガスを3
00’C。Next, the hydrogen separation medium was poured into the hydrogen separation apparatus shown in FIG.
%, Hy Near 0 vo 1% mixed raw material hydrogen gas 3
00'C.
10atmで通気して水素分離能試験を行った。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(ご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が確認された。A hydrogen separation ability test was conducted by aerating at 10 atm. 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 according to 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2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, and the results are shown in Table 2.
第2表
第2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か確認され
た。一方、Cuの無電解メ。Table 2 From the results shown in Table 2, 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%, confirming that water has been almost completely removed. Ta. On the other hand, Cu electroless method.
生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0.56c肩3/cxffi・se
cであった。The purified hydrogen obtained from the raw-treated sample has a higher dew point than the raw hydrogen gas, and it is therefore thought that water is mixed in the purified hydrogen, so it is inferred that more water is generated than in the sample. be done. In addition, the hydrogen permeation rate at this time is 0.56c shoulder 3/cxffi・se
It was c.
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
使用に剰えうるちのであることか確認された。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 has been confirmed that the hydrogen separation medium according to the present invention is sufficient for use.
「発明の効果」
以−L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、該基体の孔を閉
塞することなく無機質材をコーティングし、次いで前記
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、前処理として無機質材をコーティングするこ
とから、コーテイング膜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。"Effects of the Invention" As explained below, the manufacturing method of claim 1 of the present invention involves coating a substrate made of a porous material with an inorganic material without clogging the pores of the substrate, and then Since the hydrogen separation medium is manufactured by depositing a hydrogen storage metal on the substrate to form a hydrogen storage thin film, the hydrogen separation medium can be manufactured through a simple process. Since it is inexpensive, the cost of refining hydrogen can be reduced by using it. In addition, since the inorganic material is coated as a pretreatment, the bonding strength of the hydrogen-absorbing metal to the substrate can be increased by interposing the coating film, and the resulting hydrogen separation medium expands in volume during hydrogen absorption. The peeling of the hydrogen-absorbing metal from the substrate due to this phenomenon is suppressed.
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かできるので、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
することかできる。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 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、無機質材をコーティン
グするに際し、コーティング厚を50μm以下とするの
で、多孔質体からなる基体の孔の閉塞を抑止することが
できる。Further, in the manufacturing method according to claim 2, when coating the inorganic material, the coating thickness is set to 50 μm or less, so that it is possible to prevent the pores of the porous substrate from being blocked.
請求項3記戦の製造方法は、無機質材をコーティングす
るに際し、基体に金属珪酸塩水溶液、金属アルコキンド
溶液、金属アセチルアセトネート溶液あるいは金属カル
ボキシレート溶液の一種以上を付着せしめ、次いでこれ
をゲル化し固定化するので、前処理として金属をメツキ
する場合と異なり孔を閉塞することがなく、したかって
得られる水素分離媒体にあっては水素透過能力の低下か
ないことから、水素分離媒体か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。In the manufacturing method of claim 3, when coating an inorganic material, one or more of a metal silicate aqueous solution, a metal alcokind solution, a metal acetylacetonate solution, or a metal carboxylate solution is adhered to the substrate, and then this is gelled. Since it is immobilized, the pores are not blocked unlike when metal is plated as a pre-treatment, and the hydrogen permeation ability of the resulting hydrogen separation medium is not reduced. It is fully exerted and has a high permeation rate.
請求項4記戦の製造方法は、基体に金属珪酸塩水溶液、
金属アルコキシド溶液、金属アセチルアセトネート溶液
あるいは金属カルボキンレート溶液の一種以上を付着せ
しめるにあたり、スピンナー法、ディッピング法、吹き
付け法、刷毛塗り法のいずれかの方法、あるいはこれら
の組み合わせによる方法によって前記溶液の付着を行う
ので、コーテイング膜の厚さを適宜に調整することかで
きる。The manufacturing method according to claim 4 includes a metal silicate aqueous solution in the substrate;
When depositing one or more of the metal alkoxide solution, metal acetylacetonate solution, or metal carboxylate solution, the solution is coated by a spinner method, a dipping method, a spraying method, a brush coating method, or a combination thereof. The thickness of the coating film can be adjusted as appropriate.
請求項5記載の製造方法は、基体に付着せしめた溶液を
ケル化し固定化するにあたり、該基体を50〜1200
℃のt温度で加熱処理するので、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製水素ガスを得ること
ができる。In the manufacturing method according to claim 5, when the solution adhered to the substrate is kelized and fixed, the substrate is heated to a temperature of 50 to 1200
Since the heat treatment is carried out at a temperature of 10°C, the solvent remaining on the substrate is sufficiently removed, and if the obtained hydrogen separation medium is used to purify hydrogen, there is no risk that moisture from the solvent etc. may remain in the separation medium. Highly purified hydrogen gas can be obtained because there is no hydrogen gas.
第1図はこの発明の一実施例において、コーティング処
理によって得られた膜厚と処理条件との関係を示すグラ
フ、第2図はこの発明によって得られた水素分離媒体の
水素分離能を調べ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。
l・・・・・・水素分離装置、
2・・・・・・水素分離媒体。Fig. 1 is a graph showing the relationship between the film thickness obtained by coating treatment and the processing conditions in one embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a graph showing the relationship between the film thickness obtained by the coating process and the processing conditions, and Fig. 2 is a graph for investigating the hydrogen separation ability of the hydrogen separation medium obtained by the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining the test method of the present invention, and is a schematic configuration diagram of a hydrogen separation device. 1...Hydrogen separation device, 2...Hydrogen separation medium.
Claims (5)
ことなく無機質材をコーティングし、次いで前記基体上
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) A substrate made of a porous material is coated with an inorganic material without clogging the pores of the substrate, and then a hydrogen-absorbing metal is deposited on the substrate to form a hydrogen-absorbing thin film. A method for producing a hydrogen separation medium.
、無機質材をコーティングするに際し、コーティング厚
を50μm以下とすることを特徴とする水素分離媒体の
製造方法。(2) The method for producing a hydrogen separation medium according to claim 1, characterized in that when coating the inorganic material, the coating thickness is 50 μm or less.
、無機質材をコーティングするに際し、基体に金属珪酸
塩水溶液、金属アルコキシド溶液、金属アセチルアセト
ネート溶液あるいは金属カルボキシレート溶液の一種以
上を付着せしめ、次いでこれをゲル化し固定化すること
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 1, when coating the inorganic material, one or more of a metal silicate aqueous solution, a metal alkoxide solution, a metal acetylacetonate solution, or a metal carboxylate solution is attached to the substrate. , and then gelling and immobilizing it. A method for producing a hydrogen separation medium.
、基体に金属珪酸塩水溶液、金属アルコキシド溶液、金
属アセチルアセトネート溶液あるいは金属カルボキシレ
ート溶液の一種以上を付着せしめるにあたり、スピンナ
ー法、ディッピング法、吹き付け法、刷毛塗り法のいず
れかの方法、あるいはこれらの組み合わせによる方法に
よって前記溶液の付着を行うことを特徴とする水素分離
媒体の製造方法。(4) In the method for producing a hydrogen separation medium according to claim 3, when attaching one or more of metal silicate aqueous solution, metal alkoxide solution, metal acetylacetonate solution, or metal carboxylate solution to the substrate, spinner method or dipping method is used. A method for producing a hydrogen separation medium, characterized in that the solution is applied by any one of a spraying method, a brush coating method, or a combination thereof.
、基体に付着せしめた前記溶液をゲル化し固定化するに
あたり、該基体を50〜1200℃の温度で加熱処理す
ることを特徴とする水素分離媒体の製造方法。(5) In the method for producing a hydrogen separation medium according to claim 3, in gelling and immobilizing the solution attached to the substrate, the substrate is heat-treated at a temperature of 50 to 1200°C. Method for producing separation media.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1092051A JPH02271902A (en) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Production of hydrogen separating medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1092051A JPH02271902A (en) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Production of hydrogen separating medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02271902A true JPH02271902A (en) | 1990-11-06 |
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ID=14043714
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1092051A Pending JPH02271902A (en) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Production of hydrogen separating medium |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02271902A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62121616A (en) * | 1985-11-21 | 1987-06-02 | Ngk Insulators Ltd | Separating membrane of hydrogen gas |
-
1989
- 1989-04-12 JP JP1092051A patent/JPH02271902A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62121616A (en) * | 1985-11-21 | 1987-06-02 | Ngk Insulators Ltd | Separating membrane of hydrogen gas |
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