JPS642407B2 - - Google Patents
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- JPS642407B2 JPS642407B2 JP18140183A JP18140183A JPS642407B2 JP S642407 B2 JPS642407 B2 JP S642407B2 JP 18140183 A JP18140183 A JP 18140183A JP 18140183 A JP18140183 A JP 18140183A JP S642407 B2 JPS642407 B2 JP S642407B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen gas
- film
- membrane
- metal hydride
- permeable membrane
- 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.)
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は選択的に水素ガスを透過させる透過膜
に関し、詳しくは、金属水素化物を利用した水素
ガス透過膜に関する。
に関し、詳しくは、金属水素化物を利用した水素
ガス透過膜に関する。
一般に水素ガスは炭化水素やアンモニアの分
解、或いは水の電気分解等によつて工業的に製造
されているが、かかる水素ガスは不純物ガスとし
てヘリウム、アルゴン等の不活性ガスのほか、酸
素、水、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、二酸化
イオウ、窒素酸化物、メタン等を含有しているた
め、例えば、半導体工業、金属処理工業或いは機
器分析等の分野においては、上記の粗製水素ガス
を精製した後に使用している。
解、或いは水の電気分解等によつて工業的に製造
されているが、かかる水素ガスは不純物ガスとし
てヘリウム、アルゴン等の不活性ガスのほか、酸
素、水、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、二酸化
イオウ、窒素酸化物、メタン等を含有しているた
め、例えば、半導体工業、金属処理工業或いは機
器分析等の分野においては、上記の粗製水素ガス
を精製した後に使用している。
このような水素ガスを精製するための方法とし
て、例えば、パラジウム合金からなる薄膜に加圧
加熱下に水素ガスを供給し、水素ガスを選択的に
透過させて水素ガスを精製する方法が知られてい
る。しかし、この方法によれば、合金自体が非常
に高価であるうえに、高温で水素ガスを処理する
必要があるので、所要エネルギー費用もまた高価
であり、更に、パラジウム合金膜が耐久性に劣る
難点がある。
て、例えば、パラジウム合金からなる薄膜に加圧
加熱下に水素ガスを供給し、水素ガスを選択的に
透過させて水素ガスを精製する方法が知られてい
る。しかし、この方法によれば、合金自体が非常
に高価であるうえに、高温で水素ガスを処理する
必要があるので、所要エネルギー費用もまた高価
であり、更に、パラジウム合金膜が耐久性に劣る
難点がある。
一方、近年、ある種の金属又は合金が水素ガス
を選択的に吸蔵して金属水素化物を形成し、ま
た、この金属水素化物が可逆的に水素を放出する
特性を利用した水素ガス精製が提案されるに至つ
ている。かかる目的に使用し得る金属水素化物薄
膜として、例えば基板上に金属水素化物の薄膜を
蒸着させてなるものが提案されているが(特開昭
58−27976号公報)、しかし、市販の通常の水素ガ
スは種々の不純物、特に、水を40ppm程度、酸素
を5ppm程度含有するので、金属水素化物として
例えば希土類元素系合金、マグネシウム系合金、
鉄系合金等を使用した場合、これらの金属水素化
物は酸素及び水の存在下に酸化されて劣化するの
で、金属水素化物膜の水素透過能力、従つて、得
られる水素ガスの精製度も経時的に低下する。
を選択的に吸蔵して金属水素化物を形成し、ま
た、この金属水素化物が可逆的に水素を放出する
特性を利用した水素ガス精製が提案されるに至つ
ている。かかる目的に使用し得る金属水素化物薄
膜として、例えば基板上に金属水素化物の薄膜を
蒸着させてなるものが提案されているが(特開昭
58−27976号公報)、しかし、市販の通常の水素ガ
スは種々の不純物、特に、水を40ppm程度、酸素
を5ppm程度含有するので、金属水素化物として
例えば希土類元素系合金、マグネシウム系合金、
鉄系合金等を使用した場合、これらの金属水素化
物は酸素及び水の存在下に酸化されて劣化するの
で、金属水素化物膜の水素透過能力、従つて、得
られる水素ガスの精製度も経時的に低下する。
本発明は水素ガス透過膜における上記した問題
を解決するためになされたものであつて、金属水
素化物が劣化せず、従つて、水素ガスの透過性能
と水素ガス精製能力が長期間にわたつて安定であ
る水素ガス透過膜を提供することを目的とする。
を解決するためになされたものであつて、金属水
素化物が劣化せず、従つて、水素ガスの透過性能
と水素ガス精製能力が長期間にわたつて安定であ
る水素ガス透過膜を提供することを目的とする。
本発明は、原料側より透過側へ選択的に水素ガ
スを透過させる透過膜において、この透過膜が水
素透過性を有する高分子重合体膜と、水素透過性
と共に防湿性を有する金属酸化物膜と、水素を選
択的に吸蔵し得る金属水素化物膜とからなる積層
膜であつて、上記金属水素化物膜よりも原料側に
上記金属酸化物膜が設けられていることを特徴と
する。
スを透過させる透過膜において、この透過膜が水
素透過性を有する高分子重合体膜と、水素透過性
と共に防湿性を有する金属酸化物膜と、水素を選
択的に吸蔵し得る金属水素化物膜とからなる積層
膜であつて、上記金属水素化物膜よりも原料側に
上記金属酸化物膜が設けられていることを特徴と
する。
本発明の水素ガス透過膜において、基板として
用いる高分子重合体膜は、後述する金属酸化物膜
及び金属水素化物膜の支持体であり、積層膜から
なる本発明の透過膜に強度や柔軟性を付与し得る
と共に、水素透過性を有することが必要であり、
特に常温におけるガス透過係数が10-9cm3
(STP)・cm/cm2・秒・cmHg以上であるものが好
ましい。従つて、好ましい具体例として天然ゴ
ム、ポリ(4−メチルペンテン−1)、ポリジメ
チルシロキサン、エチルセルロース等を挙げるこ
とができる。また、多孔性樹脂膜、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレンやポリプロピレンからな
る多孔性膜も好ましい具体例である。
用いる高分子重合体膜は、後述する金属酸化物膜
及び金属水素化物膜の支持体であり、積層膜から
なる本発明の透過膜に強度や柔軟性を付与し得る
と共に、水素透過性を有することが必要であり、
特に常温におけるガス透過係数が10-9cm3
(STP)・cm/cm2・秒・cmHg以上であるものが好
ましい。従つて、好ましい具体例として天然ゴ
ム、ポリ(4−メチルペンテン−1)、ポリジメ
チルシロキサン、エチルセルロース等を挙げるこ
とができる。また、多孔性樹脂膜、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレンやポリプロピレンからな
る多孔性膜も好ましい具体例である。
また、水素ガス透過性を有すると共に防湿性を
有する金属酸化物膜としては、例えば酸化マグネ
シウム膜が好適である。このような酸化マグネシ
ウム膜は既に知られているように、減圧酸素雰囲
気下に金属マグネシウムを加熱蒸発させ、基板又
は後述する金属水素化物膜上に真空蒸着させるこ
とにより得られる。膜厚は0.01〜0.5μmが好まし
い。膜厚が0.01μmよりも薄いときは、一様な連
続膜を形成し難いために防湿性が低下するので好
ましくない。しかし、0.5μmよりも厚いときは、
膜が柔軟性に欠けるようになり、割れが発生する
ので好ましくない。
有する金属酸化物膜としては、例えば酸化マグネ
シウム膜が好適である。このような酸化マグネシ
ウム膜は既に知られているように、減圧酸素雰囲
気下に金属マグネシウムを加熱蒸発させ、基板又
は後述する金属水素化物膜上に真空蒸着させるこ
とにより得られる。膜厚は0.01〜0.5μmが好まし
い。膜厚が0.01μmよりも薄いときは、一様な連
続膜を形成し難いために防湿性が低下するので好
ましくない。しかし、0.5μmよりも厚いときは、
膜が柔軟性に欠けるようになり、割れが発生する
ので好ましくない。
金属水素化物膜を構成する金属水素化物は特に
制限されるものではないが、常温付近で1〜10
Kg/cm2程度の水素平衡分解圧を有するものが実用
上から好ましく、また、本発明の水素ガス透過膜
は後述するように金属水素化物膜の水分による劣
化をよく防止得るので、希土類元素系合金、例え
ば、希土類元素−Ni系合金を用いることができ
る。金属水素化物膜は通常の真空蒸着法、スパツ
タ法、イオンビーム法等、従来より知られている
方法によることができる。尚、既に知られている
ように、合金を蒸着させる場合、構成金属の蒸気
圧が異なるときは、蒸着膜が所定の合金組成を有
しないので、原料組成を適宜に調整する必要があ
る。また、所謂フラツシユ蒸着法によつてもよ
い。金属水素化物膜の膜厚は0.01〜10μmの範囲
が適当である。
制限されるものではないが、常温付近で1〜10
Kg/cm2程度の水素平衡分解圧を有するものが実用
上から好ましく、また、本発明の水素ガス透過膜
は後述するように金属水素化物膜の水分による劣
化をよく防止得るので、希土類元素系合金、例え
ば、希土類元素−Ni系合金を用いることができ
る。金属水素化物膜は通常の真空蒸着法、スパツ
タ法、イオンビーム法等、従来より知られている
方法によることができる。尚、既に知られている
ように、合金を蒸着させる場合、構成金属の蒸気
圧が異なるときは、蒸着膜が所定の合金組成を有
しないので、原料組成を適宜に調整する必要があ
る。また、所謂フラツシユ蒸着法によつてもよ
い。金属水素化物膜の膜厚は0.01〜10μmの範囲
が適当である。
本発明の水素ガス透過膜は、以上のようにして
得られる積層膜を活性化処理して得られる。即
ち、積層膜の原料側に水素ガスを供給し、透過側
を減圧して、積層膜における金属水素化物膜に水
素ガスを吸蔵させるのである。勿論、水素ガス透
過を行なう際に同時にこの活性化処理を行なつて
もよいことは明らかである。
得られる積層膜を活性化処理して得られる。即
ち、積層膜の原料側に水素ガスを供給し、透過側
を減圧して、積層膜における金属水素化物膜に水
素ガスを吸蔵させるのである。勿論、水素ガス透
過を行なう際に同時にこの活性化処理を行なつて
もよいことは明らかである。
本発明の透過膜においては、前記金属酸化物膜
は、この金属水素化物膜よりも原料側に積層され
て金属水素化物膜の水分に対するバリヤー層とし
て作用し、金属水素化物膜に水分が含有されるこ
とを防いで、金属水素化物膜の劣化を防止する。
更に、原料水素ガスが炭化水素や硫化水素のよう
に高分子重合体膜を膨潤させるような場合にも、
金属酸化物膜を高分子重合体膜よりも原料側に配
置すれば、金属水素化物膜は重合体膜のこれらの
不純物ガスに対するバリヤーとして作用し、重合
体膜を保護してその耐久性を高める。
は、この金属水素化物膜よりも原料側に積層され
て金属水素化物膜の水分に対するバリヤー層とし
て作用し、金属水素化物膜に水分が含有されるこ
とを防いで、金属水素化物膜の劣化を防止する。
更に、原料水素ガスが炭化水素や硫化水素のよう
に高分子重合体膜を膨潤させるような場合にも、
金属酸化物膜を高分子重合体膜よりも原料側に配
置すれば、金属水素化物膜は重合体膜のこれらの
不純物ガスに対するバリヤーとして作用し、重合
体膜を保護してその耐久性を高める。
図面は本発明の水素ガス透過膜の実施例を示す
断面図である。
断面図である。
本発明の水素ガス透過膜においては、基本的に
は第1図に示すように、通常、原料側1に金属酸
化物膜2が露出され、透過側3の金属水素化物膜
4との間に高分子重合体膜5よりなる基板が積層
されて構成されるが、しかし、第2図に示すよう
に、透過側3の金属水素化物膜3を保護するため
にこの金属水素化物膜の透過側に更に基板5が積
層されてもよく、また、第3図に示すように、原
料側1の金属酸化物膜2の表面を保護するために
その原料側に更に基板5が積層されてもよい。ま
た、第4図に示すように、必要に応じて、原料側
1から基板5、金属酸化物膜2及び金属水素化物
膜4がこの順序で積層されて構成されてもよい。
は第1図に示すように、通常、原料側1に金属酸
化物膜2が露出され、透過側3の金属水素化物膜
4との間に高分子重合体膜5よりなる基板が積層
されて構成されるが、しかし、第2図に示すよう
に、透過側3の金属水素化物膜3を保護するため
にこの金属水素化物膜の透過側に更に基板5が積
層されてもよく、また、第3図に示すように、原
料側1の金属酸化物膜2の表面を保護するために
その原料側に更に基板5が積層されてもよい。ま
た、第4図に示すように、必要に応じて、原料側
1から基板5、金属酸化物膜2及び金属水素化物
膜4がこの順序で積層されて構成されてもよい。
本発明の水素ガス透過膜を製造するに際して
は、基板上に金属水素化物膜を蒸着し、次いで、
この上に更に金属酸化物膜を蒸着することによ
り、上記第1図に示すような透過膜を得るが、ま
た、別箇の基板上に金属水素化物膜と金属酸化物
膜とをそれぞれ蒸着し、金属水素化物膜に対して
上記金属酸化物膜が原料側に位置するように積層
してもよい。例えば、第2図に示す透過膜はかか
る方法によつて製造することができる。また、例
えば第5図に示す透過膜は、第1の基板5上に金
属酸化物膜2が形成された積層膜6と、第2の基
板5′上に金属水素化物膜4′が形成された積層膜
6′とが基板5及び5′を相互に接合されて形成さ
れている。
は、基板上に金属水素化物膜を蒸着し、次いで、
この上に更に金属酸化物膜を蒸着することによ
り、上記第1図に示すような透過膜を得るが、ま
た、別箇の基板上に金属水素化物膜と金属酸化物
膜とをそれぞれ蒸着し、金属水素化物膜に対して
上記金属酸化物膜が原料側に位置するように積層
してもよい。例えば、第2図に示す透過膜はかか
る方法によつて製造することができる。また、例
えば第5図に示す透過膜は、第1の基板5上に金
属酸化物膜2が形成された積層膜6と、第2の基
板5′上に金属水素化物膜4′が形成された積層膜
6′とが基板5及び5′を相互に接合されて形成さ
れている。
本発明の水素ガス透過膜は、金属水素化物膜よ
りも原料側に金属酸化物膜が位置するように水素
ガスに対して配設され、通常、原料側に水素ガス
を加圧して供給し、透過側に透過ガスとして精製
水素ガスを得るものである。従つて、透過膜を透
過する水素ガスが水分を含有している場合にも、
この水分は金属酸化物膜によつて透過膜を透過す
るのを阻止され、水分を含有しない水素ガスが金
属水素化物膜を透過することとなるので、透過側
に得られる水素ガスは水分を含有しないと共に、
金属水素化物膜が水分によつて劣化せず、従つ
て、長期間にわたつて安定して水素ガスを選択的
に透過させて精製水素ガスを得ることができる。
りも原料側に金属酸化物膜が位置するように水素
ガスに対して配設され、通常、原料側に水素ガス
を加圧して供給し、透過側に透過ガスとして精製
水素ガスを得るものである。従つて、透過膜を透
過する水素ガスが水分を含有している場合にも、
この水分は金属酸化物膜によつて透過膜を透過す
るのを阻止され、水分を含有しない水素ガスが金
属水素化物膜を透過することとなるので、透過側
に得られる水素ガスは水分を含有しないと共に、
金属水素化物膜が水分によつて劣化せず、従つ
て、長期間にわたつて安定して水素ガスを選択的
に透過させて精製水素ガスを得ることができる。
更に、本発明の透過膜によれば、原料水素ガス
が炭化水素や硫化水素のように高分子重合体膜を
膨潤させる不純物ガスを含有するような場合に
も、重合体膜よりも原料側に金属酸化物膜を積層
すれば、金属酸化物膜が重合体膜のこれらの不純
物ガスに対するバリヤーとして作用するので、基
板を保護してその耐久性を高める。
が炭化水素や硫化水素のように高分子重合体膜を
膨潤させる不純物ガスを含有するような場合に
も、重合体膜よりも原料側に金属酸化物膜を積層
すれば、金属酸化物膜が重合体膜のこれらの不純
物ガスに対するバリヤーとして作用するので、基
板を保護してその耐久性を高める。
以下に実施例を挙げて本発明を説明する。
実施例
基板として厚み60μm、孔径約0.1μmの微孔を
有するポリテトラフルオロエチレン多孔性膜を用
い、これに酸化マグネシウム膜を蒸着させた。こ
の酸化物膜は、蒸着反応容器内を1×10-5Torr
に減圧した後、酸素分圧が3×10-4Torrとなる
ように導入し、次いで、金属マグネシウムを抵抗
加熱により加熱し、蒸発源と上記多孔性膜との距
離を25cmとし、成膜速度100Å/分の速度で膜厚
2000Åの酸化マグネシウムの蒸着膜を形成させ
た。
有するポリテトラフルオロエチレン多孔性膜を用
い、これに酸化マグネシウム膜を蒸着させた。こ
の酸化物膜は、蒸着反応容器内を1×10-5Torr
に減圧した後、酸素分圧が3×10-4Torrとなる
ように導入し、次いで、金属マグネシウムを抵抗
加熱により加熱し、蒸発源と上記多孔性膜との距
離を25cmとし、成膜速度100Å/分の速度で膜厚
2000Åの酸化マグネシウムの蒸着膜を形成させ
た。
別に、1×10-5Torrの減圧雰囲気下に蒸着膜
がLaNi5となるように原料金属組成を調整し、こ
の原料を電子銃にて加熱し、成膜速度300Å/分
で膜厚3000Åの金属水素化物膜を基板上に蒸着形
成させた。
がLaNi5となるように原料金属組成を調整し、こ
の原料を電子銃にて加熱し、成膜速度300Å/分
で膜厚3000Åの金属水素化物膜を基板上に蒸着形
成させた。
上で得た各積層膜を第2図に示すように相互に
基板を接合して本発明による水素ガス透過膜を製
作した。
基板を接合して本発明による水素ガス透過膜を製
作した。
この透過膜の金属酸化物膜を原料側に位置させ
て原料側に室温で圧力10Kg/cm2の水素ガスを供給
し、透過側を真空排気して金属水素化物に水素を
吸蔵させる活性化処理を20回繰返して本発明の水
素ガス透過膜を得た。
て原料側に室温で圧力10Kg/cm2の水素ガスを供給
し、透過側を真空排気して金属水素化物に水素を
吸蔵させる活性化処理を20回繰返して本発明の水
素ガス透過膜を得た。
次に、この膜の原料側に純度99.9%の工業用水
素ガス(露点−60℃)を加圧下に供給し、膜を透
過した水素ガスを分析したところ、露点−75℃で
あつた。また、ガスクロマトグラフ(検出器
TcD,TiD)による分析によつては不純物ガスは
検出されなかつた。
素ガス(露点−60℃)を加圧下に供給し、膜を透
過した水素ガスを分析したところ、露点−75℃で
あつた。また、ガスクロマトグラフ(検出器
TcD,TiD)による分析によつては不純物ガスは
検出されなかつた。
上記の操作を繰り返したとき、上記本発明の透
過膜によれば、透過水素の露点は100サイクル後
及び1000サイクル後にも−75℃であつたが、比較
のために基板上に金属水素化物膜のみを形成した
水素透過膜を用いた場合は、100サイクル後には
透過水素ガスの露点は−75℃であつたが、1000サ
イクル後には−65℃となり、比較のための水素ガ
ス透過膜は水素の選択的透過性能が殆ど発揮され
なかつた。
過膜によれば、透過水素の露点は100サイクル後
及び1000サイクル後にも−75℃であつたが、比較
のために基板上に金属水素化物膜のみを形成した
水素透過膜を用いた場合は、100サイクル後には
透過水素ガスの露点は−75℃であつたが、1000サ
イクル後には−65℃となり、比較のための水素ガ
ス透過膜は水素の選択的透過性能が殆ど発揮され
なかつた。
第1図乃至第5図はいずれも本発明の水素ガス
透過膜の実施例を示す断面図である。 1……原料側、2……金属酸化物膜、3……透
過側、4……金属水素化物膜、5……高分子重合
体膜(基板)。
透過膜の実施例を示す断面図である。 1……原料側、2……金属酸化物膜、3……透
過側、4……金属水素化物膜、5……高分子重合
体膜(基板)。
Claims (1)
- 1 原料側より透過側へ選択的に水素ガスを透過
させる透過膜において、この透過膜が水素透過性
を有する高分子重合体膜と、水素透過性と共に防
湿性を有する金属酸化物膜と、水素を選択的に吸
蔵し得る金属水素化物膜とからなる積層膜であつ
て、上記金属水素化物膜よりも原料側に上記金属
酸化物膜が設けられていることを特徴とする水素
ガス透過膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18140183A JPS6071003A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 水素ガス透過膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18140183A JPS6071003A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 水素ガス透過膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6071003A JPS6071003A (ja) | 1985-04-22 |
| JPS642407B2 true JPS642407B2 (ja) | 1989-01-17 |
Family
ID=16100101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18140183A Granted JPS6071003A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | 水素ガス透過膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6071003A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2048849A1 (en) * | 1990-08-10 | 1992-02-11 | David J. Edlund | Thermally stable composite hydrogen-permeable metal membranes |
| JP2897151B2 (ja) * | 1993-04-30 | 1999-05-31 | ソマール 株式会社 | ゴルフクラブシャフトセット及びその製造方法 |
| JP4605920B2 (ja) * | 2001-02-27 | 2011-01-05 | 京セラ株式会社 | ガス分離フィルタ |
| JP2007260631A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 予備膜 |
| JP4703464B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2011-06-15 | 中国電力株式会社 | 水素分離ユニット、水素製造装置及び予備膜 |
| JP4509055B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2010-07-21 | 中国電力株式会社 | 水蒸気検知膜 |
-
1983
- 1983-09-28 JP JP18140183A patent/JPS6071003A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6071003A (ja) | 1985-04-22 |
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