JPH0331641B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0331641B2 JPH0331641B2 JP58048916A JP4891683A JPH0331641B2 JP H0331641 B2 JPH0331641 B2 JP H0331641B2 JP 58048916 A JP58048916 A JP 58048916A JP 4891683 A JP4891683 A JP 4891683A JP H0331641 B2 JPH0331641 B2 JP H0331641B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- membrane
- separation
- helium
- hydrogen
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
- B01D67/0072—Inorganic membrane manufacture by deposition from the gaseous phase, e.g. sputtering, CVD, PVD
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/022—Metals
- B01D71/0221—Group 4 or 5 metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/022—Metals
- B01D71/0223—Group 8, 9 or 10 metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/022—Metals
- B01D71/0223—Group 8, 9 or 10 metals
- B01D71/02231—Palladium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/022—Metals
- B01D71/0223—Group 8, 9 or 10 metals
- B01D71/02232—Nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/04—Characteristic thickness
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は同位体を含む水素とヘウムとを分離す
る膜分離法に関するものである。
る膜分離法に関するものである。
エネルギーの需要は年々増加する一方であり、
そのための様々のエネルギー源が探索されてお
り、そのなかで有望なものとして核融合反応があ
る。
そのための様々のエネルギー源が探索されてお
り、そのなかで有望なものとして核融合反応があ
る。
これはデユートリウムとトリチウムとの次式の
核融合反応を利用するものである。
核融合反応を利用するものである。
2H＋ 3H→ 4He＋ｎ
これによれば１ｇのトリチウムが重水素と反応
すると約１億Kcalのエネルギーが発生する。
すると約１億Kcalのエネルギーが発生する。
しかしこの反応転化率はたかだか10％であり、
核融合廃ガス中には未反応原料のデユートリウム
とトリチウムを大量に含み、これを生成したヘリ
ウムから分離し回収する必要がある。
核融合廃ガス中には未反応原料のデユートリウム
とトリチウムを大量に含み、これを生成したヘリ
ウムから分離し回収する必要がある。
その分離法の一つに分離にかかるエネルギーが
小さく操作が容易である膜分離法があるが、水素
およびその同位体ならびにヘリウムはいずれも分
子量の小さい気体でかつ分子量の差も小さく一般
に膜分離法では分離しにくい気体である。
小さく操作が容易である膜分離法があるが、水素
およびその同位体ならびにヘリウムはいずれも分
子量の小さい気体でかつ分子量の差も小さく一般
に膜分離法では分離しにくい気体である。
そこで、同位体を含む水素とヘリウムとの膜分
離法を実現すべく鋭意研究した結果本発明に到達
したもである。
離法を実現すべく鋭意研究した結果本発明に到達
したもである。
即ち本発明は
ガス透過性支持体に遷移金属又はその合金の連
続膜を形成せしめた分離膜を用いて水素（同位体
を含む）とヘリウムとを分離する方法である。
続膜を形成せしめた分離膜を用いて水素（同位体
を含む）とヘリウムとを分離する方法である。
本発明に用いられるガス透過性支持体として
は、ガスの透過性のあるものであるならば特に限
定されないが、有機高分子フイルム、有機多孔質
体、あるいは無機多孔質体などが用いられる。
は、ガスの透過性のあるものであるならば特に限
定されないが、有機高分子フイルム、有機多孔質
体、あるいは無機多孔質体などが用いられる。
このうち、気体透過性の大きい有機あるいは無
機多孔質体が好適に用いられる。
機多孔質体が好適に用いられる。
そのなかでも、膜が金属で高温に耐えるのでガ
ス透過性支持体としても高温に耐える材料である
無機多孔膜例えばセラミツクス多孔膜、ガラス多
孔膜、ステンレス焼結金属多孔体などが好適に用
いられる。
ス透過性支持体としても高温に耐える材料である
無機多孔膜例えばセラミツクス多孔膜、ガラス多
孔膜、ステンレス焼結金属多孔体などが好適に用
いられる。
高温での膜分離は、一般に気体の透過性は温度
があがると高くなるので高温では透過量が多くな
ること、あるいは高温の廃ガスを冷却せずにその
まま処理できるなどの利点がある。
があがると高くなるので高温では透過量が多くな
ること、あるいは高温の廃ガスを冷却せずにその
まま処理できるなどの利点がある。
支持体の形状としては、分離モジユールの形状
に応じて決められ、平膜、管状、中空糸等種種の
形状をとり得る。
に応じて決められ、平膜、管状、中空糸等種種の
形状をとり得る。
本発明に用いられる遷移金属は原子番号21〜
30、39〜48、57〜80の元素であり例えばFe、Cr、
Mn、Ni、Ag、Pd、Ti等をあげることができ、
また、これらは種々の合金例えばFe−Cr−Ni、
Ni−Mo、Ni−Cr−Fe−Mo−Coなどでも使用
できる。
30、39〜48、57〜80の元素であり例えばFe、Cr、
Mn、Ni、Ag、Pd、Ti等をあげることができ、
また、これらは種々の合金例えばFe−Cr−Ni、
Ni−Mo、Ni−Cr−Fe−Mo−Coなどでも使用
できる。
本発明は前述のガス透過性支持体の上に上記金
属又は合金の連続薄膜層を形成せしめて分離膜と
するが薄膜層の形成法としては、スパツタリング
法、蒸着法、イオンプレーテイング法などの従来
公知の物理的沈着法（PVD法）やメツキなどの
化学的沈着法が適用されるが、そのなかで金属膜
とガス透過性支持体との密着性が良好となるスパ
ツタリング、イオンプレーテイング法が好適であ
る。
属又は合金の連続薄膜層を形成せしめて分離膜と
するが薄膜層の形成法としては、スパツタリング
法、蒸着法、イオンプレーテイング法などの従来
公知の物理的沈着法（PVD法）やメツキなどの
化学的沈着法が適用されるが、そのなかで金属膜
とガス透過性支持体との密着性が良好となるスパ
ツタリング、イオンプレーテイング法が好適であ
る。
又、金属膜が形成される過程において該金属が
一部酸化される場合もあるが、酸化物が安定であ
る限り分離膜としてはそのまま使うことができ
る。
一部酸化される場合もあるが、酸化物が安定であ
る限り分離膜としてはそのまま使うことができ
る。
本発明の分離方法は該遷移金属膜においておこ
なわれるものであり、その厚さには特に限定はな
いが欠陥部が生じない限りできる限り薄いものが
好ましく、膜厚としては1μｍ以下、好ましくは
1000Å以下である。
なわれるものであり、その厚さには特に限定はな
いが欠陥部が生じない限りできる限り薄いものが
好ましく、膜厚としては1μｍ以下、好ましくは
1000Å以下である。
本発明の遷移金属膜としてはコスト及び性能の
面からはFe系の合金例えばFe−Cr−Ni系の合金
であるsus膜が好適に用いられる。
面からはFe系の合金例えばFe−Cr−Ni系の合金
であるsus膜が好適に用いられる。
分離手法としては、分離膜の片側（供給側）に
水素およびその同位体及びヘリウムを含む混合気
体を送り、水素及びその同位体を膜の反対側（透
過側）にヘリウムよりはやく透過させて分離す
る。
水素およびその同位体及びヘリウムを含む混合気
体を送り、水素及びその同位体を膜の反対側（透
過側）にヘリウムよりはやく透過させて分離す
る。
分離手法としては、膜の供給側を加圧する方
法、あるいは膜の透過側を減圧する方法、あるい
はアルゴンなどの気体をキヤリヤーガスとして流
すことなどにより膜の両側に分圧差をつけて実施
される。
法、あるいは膜の透過側を減圧する方法、あるい
はアルゴンなどの気体をキヤリヤーガスとして流
すことなどにより膜の両側に分圧差をつけて実施
される。
本発明の分離膜は核融合廃ガスの分離ばかりで
なく、その水素とヘリウムとの分離性の高いこと
を利用して通常の水素とヘリウムの混合ガスの分
離、例えばヘリウム、水素を含む天然ガスからの
水素分離などにも使用できるのはもちろん、さら
に、水素の透過性がすぐれていることより、水
素、ヘリウムより分子量の大きい気体例えばメタ
ン、アルゴンなどを含む混合気体からの水素分離
にも使うことができる。
なく、その水素とヘリウムとの分離性の高いこと
を利用して通常の水素とヘリウムの混合ガスの分
離、例えばヘリウム、水素を含む天然ガスからの
水素分離などにも使用できるのはもちろん、さら
に、水素の透過性がすぐれていることより、水
素、ヘリウムより分子量の大きい気体例えばメタ
ン、アルゴンなどを含む混合気体からの水素分離
にも使うことができる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明は何らこれらの実施例に限定されるも
のではない。
が、本発明は何らこれらの実施例に限定されるも
のではない。
実施例 １
金属薄膜層の形成
厚さ300μｍのビスフエノールＡ−ポリカーボ
ネートフイルム表面に厚さ100ÅのSUS304から
なる金属薄膜層を形成した。該金属薄膜層は
SUS304板（厚さ３mm）をターゲツトとしArガス
圧力５×10-3TorrにおけるDCマグネトロンスパ
ツタによつて形成した。投入電力はターゲツトの
単位面積当り2W／cm2であり、ターゲツトと基板
となるポリカーボネートフイルムの間の距離は15
cmであつた。
ネートフイルム表面に厚さ100ÅのSUS304から
なる金属薄膜層を形成した。該金属薄膜層は
SUS304板（厚さ３mm）をターゲツトとしArガス
圧力５×10-3TorrにおけるDCマグネトロンスパ
ツタによつて形成した。投入電力はターゲツトの
単位面積当り2W／cm2であり、ターゲツトと基板
となるポリカーボネートフイルムの間の距離は15
cmであつた。
この膜の分離性能を表１に示す。表１ 各種気体の透過係数（×10-8cm2／sec）
H2 18.7
D2 14.4
T2 0.53
He ＜×10-2（測定限界以下）
Ne ＜×10-2（測定限界以下）
なお気体透過係数の測定は次の方法によつた。
透過係数の測定
図−１に測定装置のセル部分を示す。コーンフ
ラツトフランジ１付きのガラス管２個より出来て
おり、このフランジの間にＯ−リングで試料膜２
を保持した。試料膜の有効面積は9.5cm2である。
透過セルの下流側にはトリチウムの透過速度を測
定するための窓なしＧ−Ｍカウンター３が接続さ
れており、上流側には予め一定量のトリチウムを
封入したガラスアンプル４を挿入した。
ラツトフランジ１付きのガラス管２個より出来て
おり、このフランジの間にＯ−リングで試料膜２
を保持した。試料膜の有効面積は9.5cm2である。
透過セルの下流側にはトリチウムの透過速度を測
定するための窓なしＧ−Ｍカウンター３が接続さ
れており、上流側には予め一定量のトリチウムを
封入したガラスアンプル４を挿入した。
各気体の透過速度の測定はTime−lag法によつ
て行なわれた。非放射性ガスの透過速度は流通法
で測定し、透過量および電離真空計による排気速
度は毛細管と２個の電離真空計を用いて求めた。
て行なわれた。非放射性ガスの透過速度は流通法
で測定し、透過量および電離真空計による排気速
度は毛細管と２個の電離真空計を用いて求めた。
トリチウムガスの透過速度は閉鎖系でおこな
い、Ｇ−Ｍカウンターで濃度を測定した。透過速
度は〔Torr・c.c.／sec〕の単位で求めており、こ
れから求めた透過係数の単位はcm2／secで表わさ
れる。
い、Ｇ−Ｍカウンターで濃度を測定した。透過速
度は〔Torr・c.c.／sec〕の単位で求めており、こ
れから求めた透過係数の単位はcm2／secで表わさ
れる。
実施例 ２
実施例１のSUS膜表面にデユートリウム、プ
ロチウム及びヘリウムをそれぞれ2vol％づつ含
み、残余はアルゴンである混合気体を流し、膜の
反対側（透過側）にアルゴンキヤリヤーガスを流
した。
ロチウム及びヘリウムをそれぞれ2vol％づつ含
み、残余はアルゴンである混合気体を流し、膜の
反対側（透過側）にアルゴンキヤリヤーガスを流
した。
10分後透過側にはデユートリウム及びプロチウ
ムは認められたが、ヘリウムは認められなかつ
た。
ムは認められたが、ヘリウムは認められなかつ
た。
図−１はガス透過速度の測定装置である。１は
コーンフラツトフランジ、２は試料膜、３はＧ−
Ｍカウンター、４はガスアンプルを表わす。
コーンフラツトフランジ、２は試料膜、３はＧ−
Ｍカウンター、４はガスアンプルを表わす。
Claims (1)
- １ 有機高分子フイルム支持体上に遷移金属又は
その合金の連続膜を形成せしめた分離膜を用い、
水素（その同位体を含む）とヘリウムとを分離す
ることを特徴とする水素−ヘリウム分離方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58048916A JPS59177117A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | 水素−ヘリウム分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58048916A JPS59177117A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | 水素−ヘリウム分離方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59177117A JPS59177117A (ja) | 1984-10-06 |
| JPH0331641B2 true JPH0331641B2 (ja) | 1991-05-08 |
Family
ID=12816571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58048916A Granted JPS59177117A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | 水素−ヘリウム分離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59177117A (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3434150A1 (de) * | 1984-09-18 | 1986-03-27 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von wasserstoff aus einem stoffgemisch, insbesondere einer gasmischung |
| JPS62160121A (ja) * | 1985-12-28 | 1987-07-16 | Ngk Insulators Ltd | 多孔質隔膜 |
| US4857080A (en) * | 1987-12-02 | 1989-08-15 | Membrane Technology & Research, Inc. | Ultrathin composite metal membranes |
| US5342431A (en) * | 1989-10-23 | 1994-08-30 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Metal oxide membranes for gas separation |
| US5269822A (en) * | 1992-09-01 | 1993-12-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for recovering oxygen from gaseous mixtures containing water or carbon dioxide which process employs barium-containing ion transport membranes |
| US5240473A (en) * | 1992-09-01 | 1993-08-31 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for restoring permeance of an oxygen-permeable ion transport membrane utilized to recover oxygen from an oxygen-containing gaseous mixture |
| US5261932A (en) * | 1992-09-01 | 1993-11-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for recovering oxygen from gaseous mixtures containing water or carbon dioxide which process employs ion transport membranes |
| US5487774A (en) * | 1993-11-08 | 1996-01-30 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Gas phase fractionation method using porous ceramic membrane |
| US5439624A (en) * | 1994-02-14 | 1995-08-08 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method for forming porous ceramic materials |
| US5456740A (en) * | 1994-06-22 | 1995-10-10 | Millipore Corporation | High-efficiency metal membrane getter element and process for making |
| US5738708A (en) * | 1995-06-07 | 1998-04-14 | The Regents Of The University Of California Office Of Technology Transfer | Composite metal membrane |
| JP4668043B2 (ja) * | 2005-11-22 | 2011-04-13 | 財団法人ファインセラミックスセンター | ヘリウム分離材の製造方法 |
| CN107261845A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-10-20 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种氢同位素混合气体的分离方法 |
| CN107930400A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-04-20 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种氢氦分离与氢同位素浓缩耦合系统及方法 |
| CN109381941A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-26 | 西北有色金属研究院 | 一种氢同位素提纯净化过滤器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5235739B2 (ja) * | 1972-07-21 | 1977-09-10 | ||
| JPS5228748A (en) * | 1975-08-29 | 1977-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Defrosting control process |
| JPS55130801A (en) * | 1979-02-15 | 1980-10-11 | Hill Eugene Farrell | Separation of hydrogen which use coating titaniummzirconium alloy |
-
1983
- 1983-03-25 JP JP58048916A patent/JPS59177117A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59177117A (ja) | 1984-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0331641B2 (ja) | ||
| Shu et al. | Structurally stable composite Pd Ag alloy membranes: Introduction of a diffusion barrier | |
| Peachey et al. | Composite PdTa metal membranes for hydrogen separation | |
| Zhang et al. | Experimental and simulation studies on concentration polarization in H2 enrichment by highly permeable and selective Pd membranes | |
| US2958391A (en) | Purification of hydrogen utilizing hydrogen-permeable membranes | |
| US2961062A (en) | Large surface area hydrogen permeation cell | |
| Yoshida et al. | Preliminary design of a fusion reactor fuel cleanup system by the palladium-alloy membrane method | |
| Morooka et al. | Palladium membrane formed in macropores of support tube by chemical vapor deposition with crossflow through a porous wall | |
| Lyublinski et al. | Application of lithium in systems of fusion reactors. 1. Physical and chemical properties of lithium | |
| Myagmarjav et al. | Preparation of an H2-permselective silica membrane for the separation of H2 from the hydrogen iodide decomposition reaction in the iodine–sulfur process | |
| Aoki et al. | Applicability of palladium membrane for the separation of protium and deuterium | |
| Hsu et al. | Palladium-catalyzed oxidative diffusion for tritium extraction from breeder-blanket fluids at low concentrations | |
| US4781734A (en) | Non-porous hydrogen diffusion membrane and utilization thereof | |
| Violante et al. | Membrane separation technologies: their application to the fusion reactor fuel cycle | |
| Fuerst et al. | High temperature deuterium enrichment using TiC coated vanadium membranes | |
| Tosti et al. | Catalytic membrane reactors for tritium recovery from tritiated water in the ITER fuel cycle | |
| Yen et al. | Sandwiched liquid metal membrane (SLiMM) for hydrogen purification | |
| McCaffrey et al. | Inorganic membrane technology | |
| RU2305587C2 (ru) | Композитная кислородпроводящая мембрана | |
| Shirasu et al. | Effects of surface vanadium species on the hydrogen permeability through vanadium membrane without palladium-catalyst overlayer | |
| Maeda et al. | Solubility, diffusivity, and isotopic exchange rate of hydrogen isotopes in Li-Pb | |
| JPH0130533B2 (ja) | ||
| Bell et al. | Permeation of hydrogen isotopes in nickel | |
| De Meis et al. | Ceramic membranes for the separation of plasma enhancement gases | |
| JP2000070655A (ja) | 高純度ｃｏの製造方法及び製造装置 |