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钯膜氢气渗透的过程是什么?

 钯膜具有高氢渗透率和氢渗透性选择性,良好的化学和热稳定性,一直是膜技术领域的研究热点。文章回顾了钯膜的渗氢原理、钯膜的制备方法和钯膜反应器的研究进展。重点介绍了钯膜反应器在加氢、脱氢及其他反应中的应用,并展望了钯膜反应器的发展趋势。

  目前适用的钯膜合金中,银约占20%至30%,其他成分(如金等)的含量不到5%。氢气通过钚合金的速度与温度、膜的厚度以及两侧原料氢和纯素的压差(P)有关。提高温度,增加P,减少膜的厚度,氢气渗透率就会提高。但是,随着温度的提高,渗透膜的拉伸强度会降低。因此,钨管的使用温度通常控制在450左右。

  钯膜氢气渗透的过程是什么?

  氢气通常被认为通过钚膜溶解,遵循扩散机制,包括以下五个阶段:

  (1)氢分子在钯膜表面化学吸附分解。

  (2)表面氢原子溶于钯膜。

  (3)氢原子从钯膜的一侧扩散到另一侧。

  (4)氢原子从钯膜中析出,呈现化学吸附状态。

  (5)表面氢原子化合成和脱粘氢分子。

  氢钯原理

  众所周知,氢气与钯接触时会形成氢化钯。氢原子溶解在钯膜上后可以形成氢化钯的固体溶液,氢气在这种固体溶液中流动性高,因此容易在钯之间扩散。

  氢钯的应用

  除氢及其同位素外,任何气体都不能通过钨膜。因此,钚膜更多地用于提纯氢气,产生高纯净素和超纯净素。

  注意事项

  纯钨的机械性能不好,温度低于300度,氢气压力迅速升高的情况下,存在氢气脆性问题。钯膜与氢气接触后,氢气溶解在钯金属中,首先形成氢化钯。温度低的话,氢化钨进一步形成,H/Pd比率迅速提高,会导致钯金属的膨胀、晶格电位和应力,应力过大的话,膜会脆裂。为了控制H/Pd比率的快速增长,一个是提高温度或降低氢气压力,以避免氢化钨的形成。此外,在钯膜上开始工作时,氢原料的气体加压速度太快,H/Pd比率会迅速增加,导致钯过度膨胀和氢脆。与纯钚膜相比,钚合金膜的H/Pd比率受到了很大的抑制,氢脆性问题得到了解决。

  钨膜的使用温度一般为摄氏300 ~ 500度,高温有助于提高氢渗透率,但也会缩短膜的寿命,引起钨膜与金属结合、焊料之间扩散等多种问题。钯膜不能长时间高温氧化。氢气原料气体中的一些杂质会引起钚中毒,降低氢渗透性,甚至损害膜。可能导致钚中毒的物质有汞、砷、卤化物、油蒸汽、含硫和磷物质、灰尘等。


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