《新型複合金屬氫分離膜表面三維微結構強化氫傳輸機制》是依託重慶大學，由廖全擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型複合金屬氫分離膜表面三維微結構強化氫傳輸機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：廖全
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目申請首次提出了一種強化氫傳輸過程的新型複合金屬氫分離膜結構及其製備方法，將結合實驗研究與數值模擬來對這一特殊表面結構的氫分離膜進行驗證與測試。首先，通過對現有冷氣體動力噴塗實驗台進行改造，以製備獲得具有三維微結構表面形貌的新型複合金屬氫分離膜；其次，對該分離膜進行氫選擇性、氫透過率和時效性測試，從而獲得該新型複合金屬氫分離膜的性能參數，並結合其它類型複合金屬氫分離膜，對該新型複合金屬氫分離膜的性能作出評價；最後，通過對分離膜表面及斷面進行微觀觀測，分析總結出分離膜表面的微觀幾何結構特徵。在此基礎上，建立分離膜表面三維微結構強化氫傳輸過程的理論分析模型，套用格子波爾茲曼方法對氫分子在三維微結構表面上的傳輸與擴散過程進行數值模擬，發現和揭示分離膜表面三維微結構強化氫傳輸機制，從而為製備廉價、性能優越、長時效性的複合金屬氫分離膜提供實驗和理論數據。
結題摘要
從碳氫重整氣中獲取高純度氫氣的主要方法是採用金屬膜分離技術。由於純金屬鈀價格昂貴、機械加工性能差等原因，使純鈀膜的套用受到一定限制。雖然鈀合金以及複合金屬氫分離膜在一定程度上大大降低了氫分離膜成本，改善了機械加工性能，但是其使用壽命還遠遠沒有達到工程實際套用要求。 鑒於上述原因，本項目提出採用廉價金屬鉭和釩及其合金作為膜基體材料，採用冷噴塗工藝將鈀及鈀合金顆粒沉積在膜基材表面，使得該顆粒部分嵌入基材，另外一部分則暴露於基材表面，形成類似於三維微肋的特殊表面結構，強化氫分子在分離膜表面的傳輸過程。通過本項目的實施，部分實現了預期研究目標，獲得如下主要研究成果：(1) 通過對冷噴塗表面微觀形貌的表征研究，驗證了採用冷噴塗工藝製備這種特殊鑲嵌結構複合金屬分離膜的可行性；(2) 通過對複合金屬氫分離膜氫傳輸過程的數值模擬，獲得了鑲嵌結構複合金屬氫分離膜強化氫傳輸的機理；(3) 具有特殊結構的鑲嵌式複合金屬氫分離膜，可以顯著提高分離膜的氫傳輸性能；(4) 複合金屬氫分離膜熱應力分析結果表明，鑲嵌結構可以大大提高複合金屬氫分離膜的使用壽命；
