CN104918682A - 氢分离膜以及制造氢分离膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氢分离膜以及制造所述氢分离膜的方法，所述氢分离膜用于抑制在多孔载体与基于钯的金属分离膜之间的扩散并赋予在多孔载体与基于钯的金属分离膜之间的优异的粘合特性。本发明的所述氢分离膜包括：金属材料或陶瓷材料的多孔载体；通过使用陶瓷材料以多个柱的形式在所述多孔载体上形成的缓冲层；以及在所述缓冲层上形成的用于分离氢的基于钯的金属分离膜。在所述情况下，所述缓冲层包含基于氧化物的陶瓷材料，其为MOy(M为Ti、Zr)其中氧的组成为1y2，或为Al2Oz其中氧的组成为2z3，并且可以以多个层的形式形成。

Description

氢分离膜以及制造氢分离膜的方法
技术领域
本发明涉及氢分离膜以及制造氢分离膜的方法，更具体地，涉及能够抑制在多孔载体与基于钯的金属分离膜之间的扩散并且同时在多孔载体与基于钯的金属分离膜之间产生良好的粘合力的氢分离膜，以及制造所述氢分离膜的方法。
背景技术
氢在环境中是轻的、丰富的且高效的，因此作为将来可以替代传统能源的主要能源而受到关注。然而，因为由包含氢的资源(例如水、天然气、煤、生物质等)获得的氢中包含杂质，所以在使用前氢应当在工艺中被分离和纯化。
作为分离和纯化氢的方法，已经提出了众多技术，例如低温空气分离法、吸附法或使用分离膜的氢分离法。其中，因为使用分离膜的氢分离法具有可以更有效地节约能量和可以比其他氢分离方法更易处理的优势，并且可以以较小规模制造仪器，所以该氢分离法是广泛使用的氢分离法之一。
尤其是，由于基于钯的金属分离膜具有高的氢渗透性和优异的氢分离性，因此使用分离膜的氢分离方法明显优于其他分离方法。而且，可以将使用基于钯的金属分离膜的氢分离方法用于燃料电池，或用于高效地获得纯氢以用于其他消耗氢的过程，并且可以应用于多种领域，例如用于氢化或脱氢过程以提高靶产物的数量。
通常此类金属分离膜是以堆叠在多孔载体表面上的方式来使用，并用以改善氢渗透率。然而，当金属分离膜直接在多孔载体中由金属材料制成的多孔载体表面上形成时，由于其间的相互扩散因而降低了氢渗透性。因此，由陶瓷材料制成的缓冲层应当夹设在多孔载体与金属分离膜之间。溶胶-凝胶法已用作形成此类缓冲层的方法。
然而，尽管利用传统溶胶-凝胶法形成的缓冲层可以抑制多孔载体与金属分离膜之间的扩散，但是由于存在夹设在其间的缓冲层，因而在多孔载体与金属分离膜之间的粘合力可能会降低。例如图10所示，可以从多孔载体110上剥掉金属分离膜130。
发明内容
技术问题
因此，本发明的一个方面是提供能够保持在多孔载体和金属分离膜与设置在其间的缓冲层之间的良好粘合力的氢分离膜，以及制造所述氢分离膜的方法。
本发明的另一方面是提供能够提高氢渗透率的氢分离膜，以及制造所述氢分离膜的方法。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的一方面提供了氢分离膜，其包括：由金属或陶瓷材料制成的多孔载体；由陶瓷材料制成并以多个柱的形式在多孔载体上形成的缓冲层，其中所述缓冲层由多个层形成；以及在缓冲层上形成并能够分离氢的基于钯的金属分离膜。
对于本发明的一个示例性实施方案的氢分离膜，所述缓冲层可以包括由基于氧化物的陶瓷材料制成的层，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3。
对于本发明的一个示例性实施方案的氢分离膜，所述缓冲层可以具有由不同的陶瓷材料形成的相邻的层。
对于本发明的一个示例性实施方案的氢分离膜，所述缓冲层的形式可以为多个直径为10nm至200nm的柱。
对于本发明的一个示例性实施方案的氢分离膜，所述缓冲层可以分别形成，或以多个簇的形式形成。
在本发明的一个示例性实施方案的氢分离膜中，所述缓冲层可以由第一至第三缓冲层形成。所述第一缓冲层可以在多孔载体上形成并由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3。所述第二缓冲层可以在所述第一缓冲层上形成并由基于氧化物的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料包含选自Ti、Zr、Al、Si、Ce、La、Sr、Cr、V、Nb、Ga、Ta、W和Mo中的一种。而且，所述第三缓冲层可以在所述第二缓冲层上形成并由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3。
本发明的另一方面提供了氢分离膜，其包括：多孔载体；以多个柱的形式在所述多孔载体上形成并由基于氧化物的陶瓷材料制成的缓冲层，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3；以及在所述缓冲层上形成的基于钯的金属分离膜。
本发明的又一方面提供了制造氢分离膜的方法，其包括：制备由金属或陶瓷材料制成的多孔载体；以多个柱的形式在所述多孔载体上形成缓冲层，其中所述缓冲层由陶瓷材料制成并由多个层形成；以及在所述缓冲层上形成能够分离氢的基于钯的金属分离膜。
对于本发明的一个示例性实施方案的制造氢分离膜的方法，在形成所述缓冲层时，可以由基于氧化物的陶瓷材料形成所述缓冲层，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3。
对于本发明的一个示例性实施方案的制造氢分离膜的方法，在形成所述缓冲层时，可以使用MO2或Al2O3作为靶标在真空条件下通过溅射法形成所述缓冲层。
对于本发明的一个示例性实施方案的制造氢分离膜的方法，在形成所述缓冲层时，可以通过向用作源的M金属板或粉末供应氧气，并通过蒸发的M与氧气反应而氧化所述M金属板或粉末从而以柱的形式在所述多孔载体上生长。
对于本发明的一个示例性实施方案的制造氢分离膜的方法，所述缓冲层的形成可以包括：在所述多孔载体上形成第一缓冲层，其中所述第一缓冲层由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3；在所述第一缓冲层上形成第二缓冲层，其中所述第二缓冲层由基于氧化物的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料包含选自Ti、Zr、Al、Si、Ce、La、Sr、Cr、V、Nb、Ga、Ta、W和Mo中的一种；以及在所述第二缓冲层上形成第三缓冲层，其中所述第三缓冲层由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3。
本发明的另一方面提供了制造氢分离膜的方法，其包括：制备多孔载体；以多个柱的形式在所述多孔载体上形成缓冲层，其中所述缓冲层由基于氧化物的陶瓷材料制成，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3；以及在所述缓冲层上形成能够分离氢的基于钯的金属分离膜。
对于本发明的一个示例性实施方案的制造氢分离膜的方法，在形成所述金属分离膜时，可以利用物理气相沉积法在所述缓冲层上形成所述基于钯的金属分离膜。
有益效果
根据本发明的示例性实施方案，通过在多孔载体与金属分离膜之间以柱的形式形成由陶瓷材料制成的缓冲层可以抑制多孔载体与金属分离膜之间的扩散，并且还可以确保在多孔载体和金属分离膜与夹设在其间的缓冲层之间的良好的粘合力。因为此类缓冲层是以多个单独的柱或多个簇的形式形成，所以该缓冲层可以有效地应对收缩和扩展，从而在多孔载体与金属分离膜之间产生良好的粘合力。
而且，当对缓冲层调整MOy(M为金属如Ti、Zr或Al)中氧的组成时，可以提供在多孔载体和金属分离膜与设置在其间的缓冲层之间的良好的粘合力。
当提供在多孔载体和金属分离膜与设置在其间的此类缓冲层之间的良好的粘合力时，可以最终提高氢分离膜的氢渗透率。
而且，当由陶瓷材料制成的缓冲层以柱的形式在多孔载体与金属分离膜之间形成并且将金属材料用于该多孔载体时，本发明的一个示例性实施方案的氢分离膜可以提供易于模块化并具有提高的耐用性的氢分离膜，以及还可以提供制造易于批量生产的氢分离膜的方法。
此外，因为本发明的一个示例性实施方案的氢分离膜易被制造为涂膜并可以具有多孔载体的特性，所以其易于模块化，并且因为该氢分离膜不仅可以应用于氢制备和纯化方法，而且还可应用于大规模的氢分离方法如二氧化碳捕获和封存(CCS)，那么其价格可具有竞争性。因此，该氢分离膜预期在实现氢-经济社会和预防全球变暖的领域中有效地用作主要材料。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方案的氢分离膜的横截面视图。
图2是图1所示的氢分离膜的制造方法的流程图。
图3和图4是示出图2所示的制造方法的各操作的图解。
图5是示出本发明第一实施方案的氢分离膜的缓冲层的表面图像。
图6是示出图5所示的缓冲层的横截面图像。
图7是示出本发明第二实施方案的氢分离膜的横截面视图。
图8是示出本发明第三实施方案的氢分离膜的横截面能量-弥散X-射线光谱(EDX)行扫描结果的图解。
图9是示出本发明第三实施方案的氢分离膜的横截面视图。
图10是通过绘制本发明第三实施方案的氢分离膜的图像而获得的图解。
图11是通过绘制本发明比较例的氢分离膜的图像而获得的图解。
具体实施方式
在以下描述中，将省略公知的功能或构造的详细描述，因为其赘述会使本发明不清楚。
应理解，基于为了最佳的说明而允许发明人适当地定义术语的原则，用于本说明书和所附权利要求书中的术语不应该解释为限于常规的和辞典的含义，而应解读为基于与本发明的技术方面相对应的含义和概念。因此，本文提出的描述仅仅只是出于示例说明的目的的优选实例，而不意图限制本发明的范围，因此应理解为，在不背离本发明的主旨和范围的情况下，可以得到其他等同形式和修改。
在下文中，将参考附图进一步详细地描述本发明的示例性实施方案。
第一实施方案
图1是示出本发明第一实施方案的氢分离膜的横截面视图。
参考图1，第一实施方案的氢分离膜100包括由金属或陶瓷材料制成的多孔载体10，由陶瓷材料制成并以多个柱的形式在多孔载体10上形成的缓冲层20，以及在缓冲层20上形成并能够分离氢的基于钯的金属分离膜30。
此处，多孔载体10可以是多孔金属、多孔陶瓷或用陶瓷涂覆的多孔金属。不锈钢、镍、Inconel等可以用作多孔金属的材料。基于Al、Ti、Zr、Si等的氧化物可以用作多孔陶瓷的材料。期望的是，在多孔载体10上形成的表面孔的尺寸不能太小。例如，当多孔载体10的表面孔的尺寸小于0.01μm时，由于多孔载体10本身的低渗透性，因此难以执行多孔载体10的作用。另一方面，当表面孔的尺寸大于20μm时，由于孔的直径的增大，可能形成厚金属分离膜30。因此，期望的是，形成多孔载体10的表面孔以使得表面孔的尺寸为0.01μm至20μm。
因为缓冲层20用于抑制多孔载体10与金属分离膜30之间的扩散并且同时在多孔载体10与金属分离膜30之间产生良好的粘合力，所以缓冲层20用作粘接层。可以由基于氧化物的陶瓷材料形成此类缓冲层20。也就是说，缓冲层20可以由基于氧化物的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3。例如，TiOy、ZrOy或Al2Oz(1<y<2或2<z<3)可以用作缓冲层20。第一实施方案公开了由单个层形成缓冲层20的情况。
在这种情况下，用上述组成形成缓冲层20是为了提供在多孔载体10和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层20之间的良好的粘合力。也就是说，当y小于或等于1，或z小于或等于2时，缓冲层20表现出比陶瓷性质更强的金属性。因此，由于多孔载体10与包括缓冲层20的金属分离膜30之间的相互扩散，可能会降低氢渗透性。另一方面，当y>2，或z>3时，多孔载体10和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层20之间的粘合力可能会降低。例如，优选保持y值为1.5至1.8，并且优选保持z值为2.5至2.8。
当形成缓冲层20的柱致密地形成并且同时直径小时，可以抑制扩散，可以提高多孔载体10和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层20之间的粘合力，并且也可以提高氢渗透性。例如，形成缓冲层20的柱可以经形成以使该柱的直径为10nm至200nm。当柱的直径大于200nm时，饱和区域可能会减少。由此，可能会降低氢渗透性，并且可能减小多孔载体10和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层20之间的粘合力。尽管优选的是，形成柱以使该柱的直径为10nm或小于10nm，但是在制造方法中难以致密地制造该柱。
考虑到氢分离膜100的制造和使用条件，可以确定缓冲层20的厚度。例如，当考虑到400℃的使用条件而将TiOy形成为缓冲层20时，缓冲层20可以形成为100nm至200nm的厚度。诸如溅射的物理气相沉积法可以用作形成缓冲层20的方法。
而且，金属分离膜30可以通过涂覆而由基于钯的金属形成。可以利用诸如溅射的物理气相沉积法形成金属分离膜30。基于钯的金属具有多层结构，其包含钯或钯合金，以及包含钯的不同金属。钯合金可以是Pd与一种选自Au、Ag、Cu、Ni、Ru和Rh的金属的合金。多层结构包括Pd/Cu、Pd/Au、Pd/Ag、Pd/Pt等，但是本发明不限于此。
当将钯用于金属分离膜30时，金属分离膜30可以形成为0.1μm至10μm的厚度。当金属分离膜30的厚度小于或等于0.1μm时，可以进一步提高氢渗透性，但是难以致密地制造厚度为0.1μm或小于0.1μm的金属分离膜30，导致金属分离膜30的使用寿命降低。在这方面，当金属分离膜30形成为10μm或大于10μm的厚度时，可以致密地制造金属分离膜30，但是氢渗透性可能会相对降低。而且，当使用昂贵的钯形成厚度为10μm或大于10μm的金属分离膜时，氢分离膜的整体制造成本会增加。因此，当使用钯形成金属分离膜30时，金属分离膜30形成为0.1μm至10μm的厚度。优选地，考虑到金属分离膜的使用寿命特性、氢渗透性等，金属分离膜30形成为3μm至5μm的厚度。
如上所述，当由陶瓷材料以柱的形式制成的缓冲层20在多孔载体10与金属分离膜30之间形成时，第一实施方案的氢分离膜100可以抑制多孔载体10与金属分离膜30之间的扩散，并且还确保在多孔载体10和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层20之间的良好的粘合力。因为此类缓冲层20是以多个单独的柱或多个簇的形式形成，所以缓冲层20可以有效地应对收缩和扩展，从而在多孔载体10与金属分离膜30之间产生良好的粘合力。
而且，当缓冲层20由MOy(M为Ti或Zr，其中氧的组成为1<y<2)或Al2Oz(其中氧的组成为2<z<3)形成时，可以提供在多孔载体10和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层20之间的良好的粘合力。
如上所述，当提供在多孔载体10和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层20之间的良好的粘合力时，最终可以提高氢分离膜100的氢渗透率。
以下将参考图1至图4描述制造第一实施方案的氢分离膜100的此类方法。此处，图2是图1所示的氢分离膜100的制造方法的流程图。图3和图4是示出图2所示的制造方法的各操作的图解。
如图3所示，首先，在操作S51中制备多孔载体10。在这种情况下，可以将金属或陶瓷材料用于多孔载体10。在这种情况下，可以进行表面处理方法以调整多孔载体10的表面粗糙度。可以将诸如化学机械抛光(CMP)的研磨方法、或使用等离子体的方法用作表面处理方法。
接下来，如图4所示，在操作S53中，由陶瓷材料制成的缓冲层20以柱的形式在多孔载体10上形成。也就是说，利用物理气相沉积法在多孔载体10上形成缓冲层20。在这种情况下，缓冲层20由基于氧化物的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3。
可以在真空条件下通过使用MO2或Al2O3作为靶标的溅射法来形成此类缓冲层20。例如，当将TiO2用作溅射法的靶标以进行气相沉积时，因为这种方法是在真空条件下进行的，所以TiOy可以形成为缓冲层20，以使氧的组成为y<2。
而且，可以通过向用作源的M金属板或粉末供应氧气，并通过蒸发的M与氧气反应而氧化M金属板或粉末并以柱的形式在多孔载体上生长以使得氧的组成为y<2，从而形成缓冲层20。例如，可以使用Ti金属靶标或粉末作为源，通过在环境气体中供应O2并通过蒸发的M与O2反应而氧化M金属板或粉末并以柱的形式生长，从而形成缓冲层20。
在这种制造方法中，缓冲层20是由单个层形成。例如，缓冲层20可以由选自TiOy、ZrOy和Al2Oz中的一种形成。
然后，如图1所示，在操作S55中，基于钯的金属分离膜30在缓冲层20上形成。在这种情况下，可以利用诸如溅射的物理气相沉积法形成金属分离膜30。在这种制造方法中，提供了通过溅射钯来形成金属分离膜30的情况。
如图5和图6所示，可以形成第一实施方案的氢分离膜100的此类缓冲层20。此处，图5是示出本发明第一实施方案的氢分离膜的缓冲层20的表面图像。图6是示出图5所示的缓冲层20的横截面图像。
参考图5和图6，为了确认缓冲层是否以多个柱的形式在多孔载体上形成，可以使用可替代多孔载体的致密硅晶片10a。
而且，在硅晶片10a上的缓冲层20由ZrOy(y＝1.5至1.8)形成。例如，可以在真空条件下通过使用ZrO2作为靶标的溅射法形成缓冲层20。可以通过向用作源的M金属板或粉末供应氧气并通过蒸发的M与氧气反应而氧化M金属板或粉末，从而以柱的形式形成缓冲层20。
可以确认的是，缓冲层20以多个柱22的形式在硅晶片上致密地形成。而且，可以确认的是，形成缓冲层20的柱22的直径为30nm至50nm。此外，可以确认的是，缓冲层20的多个柱22可以分别形成，或以多个簇24的形式形成。
第二实施方案
同时，第一实施方案提出缓冲层20由单个层形成，但是本发明不限于此。例如，如图7所示，缓冲层20可以由两个层形成。
图7是示出本发明第二实施方案的氢分离膜200的横截面视图。
参考图7，第二实施方案的氢分离膜200包括多孔载体10、由陶瓷材料制成并以多个柱的形式在多孔载体10上形成的缓冲层20、以及在缓冲层20上形成并能够分离氢的基于钯的金属分离膜30。在这种情况下，第二实施方案的缓冲层20由两个层形成。
缓冲层20包括在多孔载体10上形成的第一缓冲层21，和在第一缓冲层21上形成的第二缓冲层23。第一缓冲层21和第二缓冲层23可以由基于不同氧化物的陶瓷材料形成。例如，当第一缓冲层21由ZrOy形成时，第二缓冲层23可以是由TiOy或Al2Oz形成。当第一缓冲层21由ZrOy形成时，第一缓冲层21可以形成为100nm至1,000nm的厚度。当第二缓冲层23由TiOy形成时，第二缓冲层23可以形成为10nm至200nm的厚度。在这种情况下，第一缓冲层21充当阻止扩散同时提高氢渗透性的屏蔽层，而第二缓冲层23充当粘接层。
当此类缓冲层20由两个使用不同类型的陶瓷材料的层形成时，可以抑制多孔载体10与金属分离膜30之间的扩散，并且可以提供多孔载体10和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层20之间的良好的粘合力。如图8所示，可以确认的是，对于第二实施方案的此类氢分离膜200而言，可以抑制多孔载体10与金属分离膜30之间的扩散。此处，图8是示出本发明第二实施方案的氢分离膜的横截面EDX行扫描结果的图解。
参考图8，第二实施方案的氢分离膜200在400℃下经历氢渗透过程1,100小时，并且在氢分离膜200上进行横截面EDX行扫描。多孔镍载体(PNS)用作多孔载体10。ZrOy/TiOy用作缓冲层20。而且，将钯用于金属分离膜30中。
基于氢分离膜300的横截面EDX行扫描结果，可以看到，在多孔载体10中主要检测到镍组分，并且几乎没有检测到Pd、Zr和Ti。而且，可以看到，在金属分离膜30中主要检测到Pd组分，并且几乎没有检测到Ni、Zr和Ti组分。此外，可以看到，基于缓冲层20，Pd和Ni组分是分开的。
如上所述，揭示出，因为氢分离膜200具有在多孔载体10与金属分离膜30之间的由陶瓷材料以柱的形式制成的缓冲层20，所以第二实施方案的氢分离膜200抑制了多孔载体10与金属分离膜30之间的相互扩散。
第三实施方案
同时，在第二实施方案的氢分离膜200中，由两个层形成缓冲层20，但是本发明不限于此。例如，如图9所示，缓冲层20可以由三个层形成。
图9是示出本发明第三实施方案的氢分离膜300的横截面视图。
参考图9，第三实施方案的氢分离膜300包括多孔载体10、由陶瓷材料制成并以多个柱的形式在多孔载体10上形成的缓冲层20、以及在缓冲层20上形成并能够分离氢的基于钯的金属分离膜30。在这种情况下，第三实施方案的缓冲层20可以由三个层形成。
缓冲层20包括在多孔载体10上形成的第一缓冲层21、在第一缓冲层21上形成的第二缓冲层23、和在第二缓冲层23上形成的第三缓冲层25。对于第一至第三缓冲层21、23和25，相邻的缓冲层可以由基于不同氧化物的陶瓷材料形成。例如，当第二缓冲层23由ZrOm形成时，第一缓冲层21和第三缓冲层25可以由TiOy或Al2Oz形成。当第二缓冲层23由ZrOy形成时，第二缓冲层23可以形成为100nm至1,000nm的厚度。当第一缓冲层21和第三缓冲层25由TiOy形成时，第一缓冲层21和第三缓冲层25可以分别形成为10nm至200nm的厚度。
在这种情况下，第一缓冲层21和第三缓冲层25充当粘接层，并且第二缓冲层23充当屏蔽层。第一缓冲层21和第三缓冲层25由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3。可以形成第二缓冲层23以使第一缓冲层21和第三缓冲层25具有相同的组成。在这种情况下，可以形成第一缓冲层21和第三缓冲层25以使该组成为y≥2和z≥3。因为第一缓冲层21和第三缓冲层25存在于第二缓冲层23的两侧，所以即使当第二缓冲层23的组成为y≥2和z≥3时，第一缓冲层21和第三缓冲层25可以具有粘接和屏蔽作用。基于氧化物的陶瓷材料包含一种选自Ti、Zr、Al、Si、Ce、La、Sr、Cr、V、Nb、Ga、Ta、W、Mo等的金属，其可以用作此类第二缓冲层23。
如图10和图11所示，分别确认了第三实施方案和比较例的氢分离膜的多孔载体和金属分离膜与此类缓冲层之间的粘合特性。此处，图10是通过绘制本发明第三实施方案的氢分离膜300的图像而获得的图解。图11是通过绘制本发明比较例的氢分离膜400的图像而获得的图解。
对于第三实施方案的氢分离膜300，在多孔不锈钢上通过依序溅射TiOy、ZrOy和TiOy来形成缓冲层，然后在缓冲层上通过溅射钯来形成金属分离膜30。
而且，对于比较例的氢分离膜400，在多孔不锈钢上利用溶胶-凝胶法来形成ZrOy的缓冲层，然后在缓冲层上通过溅射钯来形成金属分离膜130。
在图10和图11中示出第三实施方案和比较例的在形成金属分离膜30和130之后经历诸如CMP的研磨方法的氢分离膜300和400。在这种情况下，使用氧化铝浆料进行CMP研磨方法。在这种情况下，通过此类CMP研磨方法去除在分离膜表面上形成的针孔。
参考图10，可以看到，在第三实施方案情况中没有从多孔不锈钢剥掉由钯制成的金属分离膜30，表明在多孔载体和金属分离膜30与设置在其间的缓冲层之间的粘合力是良好的。
然而，参考图11，可以看到，在比较例的情况中从多孔不锈钢110剥掉由钯制成的金属分离膜130。也就是说，揭示了在多孔载体110和金属分离膜130与通过溶胶-凝胶法夹设在其间的缓冲层之间的粘合力是差的。
在本说明书中，本发明的示例性实施方案分为第一、第二和第三示例性实施方案并作简要描述。然而，示例性实施方案的各步骤或作用可以与另一示例性实施方案的各步骤或作用相结合以实施本发明的又一示例性实施方案。

Claims (14)

1.氢分离膜，其包括：
多孔载体，其由金属或陶瓷材料制成；
缓冲层，其由陶瓷材料制成并以多个柱的形式在所述多孔载体上形成，其中所述缓冲层由多个层形成；以及
基于钯的金属分离膜，其在所述缓冲层上形成并能够分离氢。
2.如权利要求1所述的氢分离膜，其中所述缓冲层包括由基于氧化物的陶瓷材料制成的层，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3。
3.如权利要求2所述的氢分离膜，其中所述缓冲层具有由不同的陶瓷材料形成的相邻的层。
4.如权利要求2所述的氢分离膜，其中所述缓冲层的形式为多个直径为10nm至200nm的柱。
5.如权利要求4所述的氢分离膜，其中所述缓冲层的多个柱分别形成，或以多个簇的形式形成。
6.如权利要求1所述的氢分离膜，其中所述缓冲层包括：
第一缓冲层，其在所述多孔载体上形成并由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3；
第二缓冲层，其在所述第一缓冲层上形成并由基于氧化物的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料包含选自Ti、Zr、Al、Si、Ce、La、Sr、Cr、V、Nb、Ga、Ta、W和Mo中的一种；以及
第三缓冲层，其在所述第二缓冲层上形成并由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3。
7.氢分离膜，其包括：
多孔载体；
缓冲层，其以多个柱的形式在所述多孔载体上形成并由基于氧化物的陶瓷材料制成，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3；以及
基于钯的金属分离膜，其在所述缓冲层上形成。
8.制造氢分离膜的方法，其包括：
制备由金属或陶瓷材料制成的多孔载体；
以多个柱的形式在所述多孔载体上形成缓冲层，其中所述缓冲层由陶瓷材料制成并由多个层形成；以及
在所述缓冲层上形成能够分离氢的基于钯的金属分离膜。
9.如权利要求8所述的方法，其中在形成所述缓冲层时，由基于氧化物的陶瓷材料形成所述缓冲层，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3。
10.如权利要求9所述的方法，其中在形成所述缓冲层时，使用MO2或Al2O3作为靶标在真空条件下通过溅射法形成所述缓冲层。
11.如权利要求9所述的方法，其中在形成所述缓冲层时，通过向用作源的M金属板或粉末供应氧气，并通过蒸发的M与所述氧气反应而氧化所述M金属板或粉末从而以柱的形式在所述多孔载体上生长。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述缓冲层的形成包括：
在所述多孔载体上形成第一缓冲层，其中所述第一缓冲层由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3；
在所述第一缓冲层上形成第二缓冲层，其中所述第二缓冲层由基于氧化物的陶瓷材料形成，所述陶瓷材料包含选自Ti、Zr、Al、Si、Ce、La、Sr、Cr、V、Nb、Ga、Ta、W和Mo中的一种；以及
在所述第二缓冲层上形成第三缓冲层，其中所述第三缓冲层由一种选自TiOy、ZrOy和Al2Oz的基于氧化物的陶瓷材料形成，其中氧的组成为1<y<2或2<z<3。
13.制造氢分离膜的方法，其包括：
制备多孔载体；
以多个柱的形式在所述多孔载体上形成缓冲层，其中所述缓冲层由基于氧化物的陶瓷材料制成，所述陶瓷材料例如为MOy(M为Ti或Zr)其中氧的组成为1<y<2，或为Al2Oz其中氧的组成为2<z<3；以及
在所述缓冲层上形成能够分离氢的基于钯的金属分离膜。
14.如权利要求8至13中任一项所述的方法，其中在形成所述金属分离膜时，利用物理气相沉积法在所述缓冲层上形成所述基于钯的金属分离膜。
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