JP2008253932A - Hydrogen purification filter and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen purification filter which shows excellent hydrogen permeation efficiency in hydrogen purification, and to provide a manufacturing method for easily manufacturing the filter. <P>SOLUTION: The hydrogen purification filter comprises a front Pd alloy membrane arranged on one surface of a porous support having a plurality of pores so as to cover the pores, a diffusion preventing layer existing between the front Pd alloy membrane and the porous support, and a back Pd alloy membrane arranged on the other surface of the porous support including the internal wall surfaces of the pores and on the front Pd alloy membrane located in the pores. A laminated portion of the front Pd alloy membrane and the back Pd alloy membrane located in the pores serves as a hydrogen-permeable membrane. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素精製用フィルタとその製造方法に係り、特に各種の炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素リッチガスを生成するための改質器等に使用する水素精製フィルタと、これを簡便に製造することができる製造方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen purification filter and a method for producing the same, and more particularly to a hydrogen purification filter used in a reformer or the like for steam reforming various hydrocarbon fuels to produce a hydrogen rich gas, The present invention relates to a manufacturing method that can be manufactured.

近年、地球規模の環境やエネルギー・資源の問題が顕在化し、これらと産業との調和を図るエネルギー供給システムの一つとして燃料電池が注目されている。燃料電池は、予め用意した水素ガスや、天然ガス、ガソリン、ブタンガス、メタノール等の炭化水素系燃料を改質して得られる水素リッチガスを、空気中の酸素と電気化学的に反応させて直接電気を取り出す発電装置である。上記の水素リッチガスを用いる燃料電池は炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素リッチガスを生成する改質器と、電気を発生させる燃料電池本体と、発生した直流電気を交流に変換する変換器等で構成されている。
このような燃料電池は、燃料電池本体に使用する電解質、反応形態等により、リン酸型燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)、固体電解質型燃料電池(SOFC)、アルカリ型燃料電池(AFC)、固体高分子型燃料電池(PEFC)の5種類がある。このうち、固体高分子型燃料電池(PEFC)は、リン酸型燃料電池(PAFC)、アルカリ型燃料電池(AFC)等の他の燃料電池と比較して、電解質が固体である点において有利な条件を備えている。
In recent years, global environmental and energy / resource problems have become apparent, and fuel cells have been attracting attention as one of energy supply systems that harmonize these with industry. A fuel cell directly produces hydrogen gas or hydrogen-rich gas obtained by reforming a hydrocarbon-based fuel such as natural gas, gasoline, butane gas, or methanol by electrochemical reaction with oxygen in the air. It is the electric power generating apparatus which takes out. The fuel cell using the hydrogen-rich gas includes a reformer that generates hydrogen-rich gas by steam reforming a hydrocarbon-based fuel, a fuel cell body that generates electricity, a converter that converts the generated DC electricity into AC, and the like It consists of
Such a fuel cell may be a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid electrolyte fuel cell (SOFC), an alkaline type, depending on the electrolyte used in the fuel cell body, the reaction form, etc. There are five types of fuel cells (AFC) and polymer electrolyte fuel cells (PEFC). Among these, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is advantageous in that the electrolyte is solid compared to other fuel cells such as a phosphoric acid fuel cell (PAFC) and an alkaline fuel cell (AFC). Have the requirements.

しかし、固体高分子型燃料電池(PEFC)は触媒に白金を使用し、かつ、作動温度が低いため、電極触媒が少量のCOによって被毒し、特に高電流密度領域において性能劣化が著しいという欠点がある。このため、改質器で生成された改質ガス(水素リッチガス)に含有されるCO濃度を10ppm程度まで低減する必要がある。
改質ガスからCOを除去して水素を精製する手段の一つとして、Pd合金膜を備えた水素精製フィルタが開発されており、Pd合金膜は、膜にピンホールやクラック等がなければ原理的には水素のみが透過可能であり、改質ガス側を高温高圧(例えば、500℃、3〜10kg/cm2(0.29〜0.98MPa))とすることにより、低水素分圧側に水素を透過する。
However, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) uses platinum as the catalyst and has a low operating temperature, so that the electrode catalyst is poisoned by a small amount of CO, and the performance deterioration is particularly remarkable in a high current density region. There is. For this reason, it is necessary to reduce the CO concentration contained in the reformed gas (hydrogen-rich gas) generated by the reformer to about 10 ppm.
As one of the means for purifying hydrogen by removing CO from the reformed gas, a hydrogen purification filter having a Pd alloy film has been developed. In particular, only hydrogen is permeable, and the reformed gas side is set to a high temperature and high pressure (for example, 500 ° C., 3 to 10 kg / cm 2 (0.29 to 0.98 MPa)), thereby achieving a low hydrogen partial pressure side. Permeates hydrogen.

上記のようなPd合金膜を使用した水素精製法では、水素の透過速度は膜厚に反比例するため薄膜化が要求されるが、Pd合金膜は機械的強度の面から、単体では30μm程度までの薄膜化が限度であり、膜厚が十数μm程度のPd合金膜を使用する場合には、Pd合金膜の低水素分圧側に多孔構造の支持体を配置していた。しかし、Pd合金膜と支持体とを別体で改質器に装着するので、良好なシーリングを得るための作業性が悪く、また、Pd合金膜と支持体との擦れが生じてPd合金膜の耐久性が十分ではないという問題があった。   In the hydrogen refining method using the Pd alloy film as described above, the hydrogen permeation rate is inversely proportional to the film thickness, so that a thin film is required. However, from the viewpoint of mechanical strength, the Pd alloy film alone is about 30 μm. In the case of using a Pd alloy film having a film thickness of about several tens of μm, a porous support was disposed on the low hydrogen partial pressure side of the Pd alloy film. However, since the Pd alloy film and the support are separately mounted on the reformer, the workability for obtaining good sealing is poor, and the Pd alloy film and the support are rubbed to cause the Pd alloy film. There was a problem that the durability of was not sufficient.

上記の問題を解消するために、支持体上に直接Pd合金膜を形成し、Pd合金膜と支持体とを一体化した水素精製フィルタが開発されている。例えば、金属支持体の片面にPd合金膜を形成し、この金属支持体に片面エッチングにより細孔を形成して第1支持体とし、上記のPd合金膜上に、エッチングにより予め貫通孔が形成された第2支持体を積層して製造された水素精製フィルタがある(特許文献1)。また、仮支持体上にPd合金膜を形成し、このPd合金膜上にレジストパターンを形成し、次に、Pd合金膜の30〜95%を覆うように、微細な開口部を有する金属ベース膜を電解めっきで形成し、その後、仮支持体を除去することにより製造された水素精製フィルタがある(特許文献2)。
特開平7−124453号公報 特開2002−292259号公報
In order to solve the above problem, a hydrogen purification filter in which a Pd alloy film is directly formed on a support and the Pd alloy film and the support are integrated has been developed. For example, a Pd alloy film is formed on one side of a metal support, and pores are formed on the metal support by single-sided etching to form a first support, and through holes are previously formed on the Pd alloy film by etching. There is a hydrogen purification filter manufactured by laminating the second support formed (Patent Document 1). Also, a Pd alloy film is formed on the temporary support, a resist pattern is formed on the Pd alloy film, and then a metal base having a fine opening so as to cover 30 to 95% of the Pd alloy film. There is a hydrogen purification filter manufactured by forming a membrane by electrolytic plating and then removing the temporary support (Patent Document 2).
JP 7-124453 A JP 2002-292259 A

しかしながら、上述の特許文献1の水素精製フィルタでは、片面エッチングにより金属支持体(第1支持体)に細孔を形成するので、形成された細孔の内径は、Pd合金膜側が小さいものとなり、水素透過効率が低いという問題があった。一方、水素透過効率を高めるため、細孔の内径を大きくすると、Pd合金膜の形成時の残留応力によって第1支持体に反りが発生し易くなる。さらに、第2支持体との接合のために、Pd合金膜の外周部位に枠部材を設け、また、第2支持体の外周部にも枠部材を設け、この枠部材を溶接して一体化するので、第2支持体とPd合金膜は接合されておらず、第2支持体の支持体としての機能が十分に発現されず、強度が低いという問題があった。
また、上述の特許文献2の水素精製フィルタでは、仮支持体上に成膜されたPd合金膜の密着力が弱く、工程中に剥離を生じ易いという問題があった。また、レジストパターンの厚みが薄いと、電解めっきにて形成する金属ベース膜がレジストパターンの開口部を塞いでしまい、一方、レジストパターンを厚くすると、形成した金属ベース膜の微細な開口部にレジストが残存し易いという問題もあった。さらに、Pd合金膜上への金属ベース膜の電解めっきによる形成に長時間を要し、また、充分な強度を有する厚みの大きな金属ベース膜の形成が困難であるという問題があった。
However, in the hydrogen purification filter of Patent Document 1 described above, since the pores are formed in the metal support (first support) by single-sided etching, the inner diameter of the formed pores is small on the Pd alloy film side, There was a problem that the hydrogen permeation efficiency was low. On the other hand, if the inner diameter of the pore is increased in order to increase the hydrogen permeation efficiency, the first support is likely to warp due to the residual stress during the formation of the Pd alloy film. Furthermore, for joining with the second support, a frame member is provided at the outer peripheral portion of the Pd alloy film, and a frame member is also provided at the outer periphery of the second support, and this frame member is welded and integrated. Therefore, the second support and the Pd alloy film are not joined, and the function of the second support as a support is not sufficiently exhibited, and there is a problem that the strength is low.
In addition, the hydrogen purification filter of Patent Document 2 described above has a problem that the Pd alloy film formed on the temporary support is weak in adhesion and easily peels off during the process. In addition, when the resist pattern is thin, the metal base film formed by electrolytic plating blocks the opening of the resist pattern. On the other hand, when the resist pattern is thick, the resist is formed in the fine opening of the formed metal base film. There was also a problem that it was easy to remain. Further, it takes a long time to form the metal base film on the Pd alloy film by electrolytic plating, and there is a problem that it is difficult to form a metal base film having a sufficient strength and a large thickness.

また、従来の水素精製フィルタは、反りが発生し易くハンドリング性が悪いという問題もあった。
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、水素精製において優れた水素透過効率を示す水素精製フィルタと、このようなフィルタを簡便に製造するための製造方法を提供することを目的とする。
Further, the conventional hydrogen purification filter has a problem that warp is likely to occur and handling properties are poor.
This invention is made | formed in view of the above situations, and provides the hydrogen purification filter which shows the hydrogen permeation efficiency excellent in hydrogen purification, and the manufacturing method for manufacturing such a filter simply. Objective.

このような目的を達成するために、本発明の水素精製フィルタは、孔部を複数有する多孔支持体と、該多孔支持体の一方の面に前記孔部を覆うように配設された前面Pd合金膜と、該前面Pd合金膜と前記多孔支持体との間に介在する拡散防止層と、前記孔部の内壁面を含む前記多孔支持体の他方の面および前記孔部内に位置する前記前面Pd合金膜上に配設された背面Pd合金膜とを備え、前記孔部に位置する前記前面Pd合金膜と前記背面Pd合金膜との積層部位が水素透過膜であるような構成とした。   In order to achieve such an object, a hydrogen purification filter of the present invention includes a porous support having a plurality of pores, and a front surface Pd disposed on one surface of the porous support so as to cover the pores. An alloy film, a diffusion preventing layer interposed between the front surface Pd alloy film and the porous support, the other surface of the porous support including the inner wall surface of the hole, and the front surface located in the hole A back Pd alloy film disposed on the Pd alloy film, and a layered portion of the front Pd alloy film and the back Pd alloy film located in the hole is a hydrogen permeable film.

本発明の他の態様として、前記孔部の開口面積の合計が前記多孔支持体の面積の20〜90%を占めるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記多孔支持体は、ステンレス鋼であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記多孔支持体の厚みは10〜100μmの範囲内であり、前記水素透過膜の厚みは1〜13μmの範囲内であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記拡散防止層は、窒化チタン、炭化チタン、窒化タンタル、炭化タンタル、窒化クロムの少なくとも1種からなる導電性を有する薄膜であるような構成とした。
As another aspect of the present invention, the total opening area of the holes occupies 20 to 90% of the area of the porous support.
As another aspect of the present invention, the porous support is configured to be stainless steel.
As another aspect of the present invention, the porous support has a thickness in the range of 10 to 100 μm, and the hydrogen permeable membrane has a thickness in the range of 1 to 13 μm.
As another aspect of the present invention, the diffusion prevention layer is configured to be a conductive thin film made of at least one of titanium nitride, titanium carbide, tantalum nitride, tantalum carbide, and chromium nitride.

また、本発明の水素精製フィルタの製造方法は、複数の開口部を有するレジストパターンを金属支持体の両面に形成し、該レジストパターンをマスクとして前記金属支持体を表裏からエッチングして孔部を穿設することにより、孔部を複数有する多孔支持体を作製するエッチング工程と、前記多孔支持体の一方の面に導電性の拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程と、前記多孔支持体の前記拡散防止層を備える面に、前記多孔支持体に対して選択エッチング可能な金属板を密着固定させ、前記多孔支持体の他方の面側から電気めっきにより前記孔部の内壁面を含む多孔支持体上と、前記孔部内に位置する前記金属板上とに背面Pd合金膜を形成する第1電気めっき工程と、前記金属板を選択エッチングにより除去して露出した面に、電気めっきにより前面Pd合金膜を形成し、該前面Pd合金膜と前記背面Pd合金膜との積層部位を水素透過膜とする第2電気めっき工程と、を有するような構成とした。   Further, in the method for producing a hydrogen purification filter of the present invention, a resist pattern having a plurality of openings is formed on both surfaces of a metal support, and the hole is formed by etching the metal support from the front and back using the resist pattern as a mask. An etching step for producing a porous support having a plurality of holes by drilling; a diffusion prevention layer forming step for forming a conductive diffusion prevention layer on one surface of the porous support; and the porous support. A metal plate that can be selectively etched with respect to the porous support is closely fixed to the surface provided with the diffusion preventing layer of the porous support, and the inner surface of the hole is included by electroplating from the other surface side of the porous support. A first electroplating step of forming a back Pd alloy film on the support and on the metal plate located in the hole, and the surface exposed by removing the metal plate by selective etching Forming a front Pd alloy film by Kki and a second electroplating step of the lamination portion between the rear Pd alloy film and the front surface Pd alloy film and the hydrogen-permeable membrane, and that have configure.

本発明の他の態様として、前記金属支持体はステンレス鋼であり、前記金属板は銅またはニッケルであるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記エッチング工程では、前記孔部の開口面積の合計が前記多孔支持体の面積の20〜90%を占めるように複数の孔部を穿設するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記拡散防止層形成工程では、真空成膜法により窒化チタン、炭化チタン、窒化タンタル、炭化タンタル、窒化クロムの少なくとも1種からなる拡散防止層を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記第1電気めっき工程では、前記背面Pd合金膜を、厚みが0.1〜3μmの範囲となるように形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記第2電気めっき工程では、前記前面Pd合金膜を、厚みが1〜10μmの範囲となるように形成するような構成とした。
As another aspect of the present invention, the metal support is stainless steel, and the metal plate is copper or nickel.
As another aspect of the present invention, in the etching step, a plurality of holes are formed so that the total opening area of the holes occupies 20 to 90% of the area of the porous support. .
As another aspect of the present invention, in the diffusion preventing layer forming step, a diffusion preventing layer made of at least one of titanium nitride, titanium carbide, tantalum nitride, tantalum carbide, and chromium nitride is formed by a vacuum film forming method. It was.
As another aspect of the present invention, in the first electroplating step, the back surface Pd alloy film is formed to have a thickness in the range of 0.1 to 3 μm.
As another aspect of the present invention, in the second electroplating step, the front Pd alloy film is formed to have a thickness in the range of 1 to 10 μm.

本発明の水素精製フィルタは、前面Pd合金膜と背面Pd合金膜との積層部位が水素透過膜を構成するので、この水素透過膜は薄く、かつ、ピンホール等の欠陥のないものであり、水素透過効率が高く信頼性に優れたものとなり、また、多孔支持体の一方の面に前面Pd合金膜を備え、他方の面に背面Pd合金膜を備えており、すなわち、多孔支持体の両面にPd系の薄膜を備えているので、これらのPd系の膜の応力が相殺されて反りが発生し難くなり、ハンドリング性に優れたものであり、さらに、多孔支持体と前面Pd合金膜との間に拡散防止層が介在するので、前面Pd合金膜への多孔支持体の構成材料の拡散が抑制され、高温下での長時間の使用でも高い水素透過率が維持される。
本発明の水素精製フィルタの製造方法は、水素透過膜の形成前に金属支持体に両面エッチングで複数の孔部を穿設して多孔支持体を作製するので、高開口率の多孔支持体を得ることができ、また、多孔支持体の片面に金属板を密着固定させた状態で多孔支持体の一方の面から電気めっきを行うので、孔部の内部にも背面Pd合金膜を確実に形成することができるとともに、工程中に金属板が剥がれることがなく、かつ、ハンドリング性も良好であり、さらに、多孔支持体の他方の面から電気めっきにより前面Pd合金膜を形成し、孔部における前面Pd合金膜と背面Pd合金膜との積層部位を水素透過膜とするので、ピンホール等の欠陥がなく薄い水素透過膜を形成することができ、かつ、成膜応力が緩和され、反りの発生を低減でき、ハンドリング性が良好である。
In the hydrogen purification filter of the present invention, the laminated portion of the front Pd alloy film and the back Pd alloy film constitutes a hydrogen permeable film. Therefore, the hydrogen permeable film is thin and has no defects such as pinholes, It has high hydrogen permeation efficiency and excellent reliability, and has a front Pd alloy film on one side of the porous support and a back Pd alloy film on the other side, that is, both sides of the porous support. Are provided with a Pd-based thin film, the stress of these Pd-based films is offset and warpage is difficult to occur, and the handleability is excellent. Furthermore, the porous support, the front Pd alloy film, Since the diffusion preventing layer is interposed between them, the diffusion of the constituent material of the porous support to the front Pd alloy film is suppressed, and a high hydrogen permeability is maintained even when used for a long time at a high temperature.
In the method for producing a hydrogen purification filter of the present invention, a porous support is produced by forming a plurality of holes in a metal support by double-sided etching before forming a hydrogen permeable membrane. In addition, since the electroplating is performed from one surface of the porous support with the metal plate adhered and fixed to one surface of the porous support, the back surface Pd alloy film is reliably formed inside the hole. In addition, the metal plate is not peeled off during the process, the handling property is good, and the front Pd alloy film is formed by electroplating from the other surface of the porous support, Since the laminated part of the front Pd alloy film and the back Pd alloy film is a hydrogen permeable film, a thin hydrogen permeable film can be formed without defects such as pinholes, and the film formation stress is alleviated and warping is reduced. Generation can be reduced, Ring is good.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[水素精製フィルタ]
図1は、本発明の水素精製フィルタの一実施形態を示す部分断面図である。図1において、水素精製フィルタ1は、複数の微細な孔部3を有する多孔支持体2と、この多孔支持体2の一方の面2a側に孔部3を覆うように配設された前面Pd合金膜5と、この前面Pd合金膜5と多孔支持体2の面2aとの間に介在する拡散防止層6と、孔部3の内壁面3aを含む多孔支持体2の他方の面2bおよび孔部3内に位置する前面Pd合金膜5上に配設された背面Pd合金膜7とを備えている。この背面Pd合金膜7は、多孔支持体2の面2bに位置する背面Pd合金膜7aと、孔部3の内壁面3aに位置する背面Pd合金膜7bと、前面Pd合金膜5に積層されるように位置する背面Pd合金膜7cからなっている。そして、孔部3に位置する前面Pd合金膜5と背面Pd合金膜7cとの積層部位が水素透過膜4となっている。尚、本発明では、前面Pd合金膜5と背面Pd合金膜7は、その材質がPdのみからなるものも包含する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Hydrogen purification filter]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of the hydrogen purification filter of the present invention. In FIG. 1, a hydrogen purification filter 1 includes a porous support 2 having a plurality of fine pores 3, and a front surface Pd disposed so as to cover the pores 3 on one surface 2 a side of the porous support 2. An alloy film 5, a diffusion preventing layer 6 interposed between the front Pd alloy film 5 and the surface 2a of the porous support 2, the other surface 2b of the porous support 2 including the inner wall surface 3a of the hole 3, and And a back Pd alloy film 7 disposed on the front Pd alloy film 5 located in the hole 3. The back surface Pd alloy film 7 is laminated on the back surface Pd alloy film 7 a located on the surface 2 b of the porous support 2, the back surface Pd alloy film 7 b located on the inner wall surface 3 a of the hole 3, and the front surface Pd alloy film 5. The back Pd alloy film 7c is positioned so as to be The laminated portion of the front Pd alloy film 5 and the back Pd alloy film 7 c located in the hole 3 is a hydrogen permeable film 4. In the present invention, the front Pd alloy film 5 and the back Pd alloy film 7 include those whose material is only Pd.

水素精製フィルタ1を構成する多孔支持体2は、SUS304、SUS430等のオーステナイト系、フェライト系のステンレス鋼、銅、ニッケル等の電気導電性を有する材料を用いて作製することができ、厚みは10〜100μm、好ましくは20〜50μmの範囲内で適宜設定することができる。
この多孔支持体2が有する孔部3は、開口径が20〜500μm、好ましくは30〜200μmの範囲とすることができる。また、孔部3の開口の合計面積は、多孔支持体2の面積の20〜90%、好ましくは40〜80%を占めるように設定することができる。尚、孔部3の開口とは、水素透過膜4が形成されている領域における開口を意味する。
水素精製フィルタ1を構成する水素透過膜4は、上述のように、孔部3に位置する前面Pd合金膜5と背面Pd合金膜7cとの積層部位からなっている。
The porous support 2 constituting the hydrogen purification filter 1 can be produced using a material having electrical conductivity such as austenitic, ferritic stainless steel, copper, nickel such as SUS304 and SUS430, and has a thickness of 10 It can be suitably set within a range of -100 μm, preferably 20-50 μm.
The pores 3 of the porous support 2 can have an opening diameter of 20 to 500 μm, preferably 30 to 200 μm. Moreover, the total area of the opening of the hole 3 can be set so as to occupy 20 to 90%, preferably 40 to 80% of the area of the porous support 2. The opening of the hole 3 means an opening in a region where the hydrogen permeable film 4 is formed.
As described above, the hydrogen permeable membrane 4 constituting the hydrogen purification filter 1 is composed of the laminated portion of the front Pd alloy film 5 and the rear Pd alloy film 7c located in the hole 3.

前面Pd合金膜5、および、背面Pd合金膜7は、Pd含有量が60重量%以上の薄膜であり、上述のように、その材質がPdのみからなるものも包含する。前面Pd合金膜5や背面Pd合金膜7がPd合金である場合、添加元素としてAg、Cu、Pt、Au、Ni、Co、V、Nb、Ta、Zr等の1種あるいは2種以上を含有するものであってよい。このような水素透過膜4の厚みは、水素透過速度向上の点から薄いほど好ましいが、例えば、1〜13μm、好ましくは2〜6μmの範囲内で適宜設定することができる。尚、前面Pd合金膜5と背面Pd合金膜7の材質は同一であっても、相違するものであってもよい。
また、水素透過膜4を構成する前面Pd合金膜5の厚みは、例えば、1〜10μm、好ましくは2〜5μmの範囲で設定することができる。また、水素透過膜4を構成する背面Pd合金膜7cの厚みは、例えば、0.1〜3μm、好ましくは0.1〜1μmの範囲で設定することができる。
The front Pd alloy film 5 and the back Pd alloy film 7 are thin films having a Pd content of 60% by weight or more, and include those whose material is only Pd as described above. When the front Pd alloy film 5 or the back Pd alloy film 7 is a Pd alloy, it contains one or more of Ag, Cu, Pt, Au, Ni, Co, V, Nb, Ta, Zr, etc. as additive elements It may be. The thickness of the hydrogen permeable membrane 4 is preferably as thin as possible from the viewpoint of improving the hydrogen permeation rate, but can be appropriately set within a range of, for example, 1 to 13 μm, preferably 2 to 6 μm. The material of the front Pd alloy film 5 and the back Pd alloy film 7 may be the same or different.
The thickness of the front Pd alloy film 5 constituting the hydrogen permeable film 4 can be set in the range of, for example, 1 to 10 μm, preferably 2 to 5 μm. Moreover, the thickness of the back surface Pd alloy film 7c which comprises the hydrogen permeable film 4 can be set, for example in the range of 0.1-3 micrometers, Preferably it is 0.1-1 micrometer.

水素精製フィルタ1を構成する拡散防止層6は、前面Pd合金膜5中へ、さらに水素透過膜4中へ、多孔支持体2の構成材料が拡散するのを防止し、かつ、多孔支持体2と前面Pd合金膜5との高い密着性を確保するための層である。このような拡散防止層6は、Ti、Ta、Si、Al、Mg、Ce、Cr、Ca、Zr等から選択される1種以上の元素の窒化物、酸化物、炭化物からなる導電性を有する薄膜であり、例えば、窒化チタン(TiN)、炭化チタン(TiC)、窒化タンタル(TaN)、炭化タンタル(TaC)、窒化クロム(CrN)等の薄膜とすることができる。また、拡散防止層6として、Zr、Mo、Ta、W、Cr、Hf、Nb、Ru等の高融点金属からなる水素透過性を有する薄膜であってもよい。このような拡散防止層6の厚みは適宜設定することができ、例えば、0.01〜5μm、好ましくは0.5〜2μm程度とすることができる。   The diffusion preventing layer 6 constituting the hydrogen purification filter 1 prevents the constituent material of the porous support 2 from diffusing into the front Pd alloy film 5 and further into the hydrogen permeable film 4, and the porous support 2. And a front Pd alloy film 5 for ensuring high adhesion. Such a diffusion preventing layer 6 has conductivity made of nitride, oxide or carbide of one or more elements selected from Ti, Ta, Si, Al, Mg, Ce, Cr, Ca, Zr and the like. The thin film may be a thin film such as titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), tantalum nitride (TaN), tantalum carbide (TaC), or chromium nitride (CrN). Further, the diffusion preventing layer 6 may be a thin film having hydrogen permeability made of a refractory metal such as Zr, Mo, Ta, W, Cr, Hf, Nb, or Ru. The thickness of the diffusion preventing layer 6 can be set as appropriate, and can be, for example, about 0.01 to 5 μm, preferably about 0.5 to 2 μm.

このような水素精製フィルタ1は、前面Pd合金膜5と背面Pd合金膜7cとの積層部位が水素透過膜4を構成するので、この水素透過膜4は薄く、かつ、ピンホール等の欠陥のないものであり、水素透過効率が高く信頼性に優れたものである。また、多孔支持体2の一方の面に前面Pd合金膜5を備え、他方の面に背面Pd合金膜7を備えているので反りが発生し難く、ハンドリング性に優れている。さらに、多孔支持体2と前面Pd合金膜5との間に拡散防止層6が介在するので、前面Pd合金膜5への多孔支持体2の構成材料の拡散が抑制され、高温下での長時間の使用でも高い水素透過率が維持される。
尚、上述の実施形態は例示であり、本発明の水素精製フィルタは、これらに限定されるものではない。
In such a hydrogen purification filter 1, the laminated portion of the front Pd alloy film 5 and the back Pd alloy film 7 c constitutes the hydrogen permeable film 4, so that the hydrogen permeable film 4 is thin and has defects such as pinholes. It has no hydrogen permeability and high reliability. Further, since the front surface Pd alloy film 5 is provided on one surface of the porous support 2 and the back surface Pd alloy film 7 is provided on the other surface, warpage hardly occurs and the handling property is excellent. Furthermore, since the diffusion preventing layer 6 is interposed between the porous support 2 and the front Pd alloy film 5, the diffusion of the constituent material of the porous support 2 into the front Pd alloy film 5 is suppressed, and it is possible to prevent the diffusion at a high temperature. High hydrogen permeability is maintained over time.
In addition, the above-mentioned embodiment is an illustration and the hydrogen purification filter of this invention is not limited to these.

[水素精製フィルタの製造方法]
次に、本発明の水素精製フィルタの製造方法を説明する。
図2および図3は、本発明の水素精製フィルタの製造方法の一実施形態を、上述の本発明の水素精製フィルタ1を例として示す工程図である。
本発明の製造方法は、まず、エッチング工程において、複数の開口部9aを有するレジストパターン9を金属支持体8の両面に形成し(図2(A))、このレジストパターン9,9をマスクとして金属支持体8を表裏からエッチングして孔部3を穿設する(図2(B))。これにより、複数の孔部3を有する多孔支持体2を作製する。金属支持体8は、例えば、多孔支持体2がSUS304、SUS430等のオーステナイト系、フェライト系のステンレス鋼、銅、ニッケル等を使用することができる。金属支持体8の厚みは、例えば、10〜100μm、好ましくは20〜50μmの範囲で設定することができる。
[Method for producing hydrogen purification filter]
Next, the manufacturing method of the hydrogen purification filter of this invention is demonstrated.
2 and 3 are process diagrams showing an embodiment of the method for producing a hydrogen purification filter of the present invention, using the hydrogen purification filter 1 of the present invention as an example.
In the manufacturing method according to the present invention, first, in an etching process, a resist pattern 9 having a plurality of openings 9a is formed on both surfaces of a metal support 8 (FIG. 2A), and the resist patterns 9 and 9 are used as a mask. The metal support 8 is etched from the front and back sides to form the hole 3 (FIG. 2B). Thereby, the porous support body 2 which has the some hole part 3 is produced. As the metal support 8, for example, the porous support 2 can be made of austenitic or ferritic stainless steel such as SUS304 or SUS430, copper, nickel, or the like. The thickness of the metal support 8 can be set in the range of, for example, 10 to 100 μm, preferably 20 to 50 μm.

孔部3を穿設するためのエッチングは、スプレー方式、浸漬方式、吹きかけ方式等の従来公知のエッチングにより行うことができる。このエッチング工程では、孔部3の開口面積の合計が多孔支持体2の面積の20〜90%、好ましくは40〜80%を占めるように複数の孔部3を穿設することが好ましい。穿設する各孔部3の開口径は、例えば、20〜500μm、好ましくは30〜200μmの範囲で適宜設定することができる。
次に、拡散防止層形成工程において、多孔支持体2の一方の面2aに導電性の拡散防止層6を形成する(図2(C))。拡散防止層6の形成は、非形成部位にレジストパターンを設けたり、所望のマスクを介して、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の真空成膜法により行うことができる。また、所望の部位に触媒付与を行って無電解めっきにより拡散防止層6を形成することもできる。具体的には、Ti、Ta、Si、Al、Mg、Ce、Cr、Ca、Zr等から選択される1種以上の元素の窒化物、酸化物、あるいは炭化物の薄膜として形成することができ、例えば、窒化チタン(TiN)、炭化チタン(TiC)、窒化タンタル(TaN)、炭化タンタル(TaC)、窒化クロム(CrN)等の薄膜が挙げられる。また、拡散防止層6は、Zr、Mo、Ta、W、Cr、Hf、Nb、Ru等の高融点金属の薄膜として形成することもできる。このような拡散防止層6の厚みは、例えば、0.01〜5μm、好ましくは0.5〜2μmの範囲で適宜設定することができる。
Etching for forming the hole 3 can be performed by conventionally known etching such as a spray method, a dipping method, or a spraying method. In this etching step, it is preferable to drill a plurality of holes 3 such that the total opening area of the holes 3 occupies 20 to 90%, preferably 40 to 80% of the area of the porous support 2. The opening diameter of each hole 3 to be drilled can be appropriately set within a range of, for example, 20 to 500 μm, preferably 30 to 200 μm.
Next, in the diffusion preventing layer forming step, a conductive diffusion preventing layer 6 is formed on one surface 2a of the porous support 2 (FIG. 2C). Formation of the diffusion preventing layer 6 can be performed by providing a resist pattern at a non-formation site, or by a vacuum film forming method such as vacuum deposition, ion plating, or sputtering through a desired mask. Alternatively, the diffusion preventing layer 6 can be formed by electroless plating by applying a catalyst to a desired site. Specifically, it can be formed as a thin film of nitride, oxide or carbide of one or more elements selected from Ti, Ta, Si, Al, Mg, Ce, Cr, Ca, Zr, etc. Examples thereof include thin films such as titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), tantalum nitride (TaN), tantalum carbide (TaC), and chromium nitride (CrN). The diffusion prevention layer 6 can also be formed as a thin film of a refractory metal such as Zr, Mo, Ta, W, Cr, Hf, Nb, Ru. The thickness of the diffusion preventing layer 6 can be appropriately set within a range of 0.01 to 5 μm, preferably 0.5 to 2 μm, for example.

次いで、第1電気めっき工程において、拡散防止層6が形成されている多孔支持体2の面2a側に金属板10を密着固定し(図2(D))、この多孔支持体2の他方の面2b側から電気めっきにより孔部3の内壁面3aを含む多孔支持体2上と、金属板10のうち孔部3内に位置する部位10′上とに背面Pd合金膜7を形成する(図3(A))。使用する金属板10は、多孔支持体2に対して選択エッチング可能な材料からなるものであり、例えば、多孔支持体2がSUS304、SUS430等のオーステナイト系、フェライト系のステンレス鋼である場合には、銅、ニッケル等とすることができる。また、多孔支持体2と金属板10との密着固定は、例えば、フレーム、磁石、クリップ等を使用して行うことができる。   Next, in the first electroplating step, the metal plate 10 is tightly fixed to the surface 2a side of the porous support 2 on which the diffusion prevention layer 6 is formed (FIG. 2D), and the other of the porous support 2 is fixed. A back Pd alloy film 7 is formed on the porous support 2 including the inner wall surface 3a of the hole 3 and the portion 10 'located in the hole 3 of the metal plate 10 by electroplating from the surface 2b side ( FIG. 3 (A)). The metal plate 10 to be used is made of a material that can be selectively etched with respect to the porous support 2. For example, when the porous support 2 is austenitic or ferritic stainless steel such as SUS304 or SUS430. , Copper, nickel, etc. In addition, the close contact between the porous support 2 and the metal plate 10 can be performed using, for example, a frame, a magnet, a clip, or the like.

このようの形成した背面Pd合金膜7は、多孔支持体2の面2bに位置する背面Pd合金膜7aと、孔部3の内壁面3aに位置する背面Pd合金膜7bと、前面Pd合金膜5に積層されるように位置する背面Pd合金膜7cからなっている。この第1電気めっき工程では、背面Pd合金膜7を、その厚みが0.1〜3μm、好ましくは0.1〜1μmの範囲となるように形成することが好ましい。
次いで、第2電気めっき工程において、選択エッチングにより上記の金属板10を除去し(図3(B))、露出した面(多孔支持体の面2a上に位置する拡散防止層6と孔部3に位置する背面Pd合金膜7cとからなる面)に、電気めっきによりPdまたはPd合金を析出させて前面Pd合金膜5を形成する(図3(C))。これにより、形成された前面Pd合金膜5のうち、孔部3内に既に形成されている背面Pd合金膜7cとの積層部位を水素透過膜4とし、本発明の水素精製フィルタ1が得られる。
The back Pd alloy film 7 thus formed includes a back Pd alloy film 7a located on the surface 2b of the porous support 2, a back Pd alloy film 7b located on the inner wall surface 3a of the hole 3, and a front Pd alloy film. 5 is composed of a back surface Pd alloy film 7c positioned so as to be laminated to the surface. In the first electroplating step, it is preferable to form the back surface Pd alloy film 7 so that its thickness is in the range of 0.1 to 3 μm, preferably 0.1 to 1 μm.
Next, in the second electroplating step, the metal plate 10 is removed by selective etching (FIG. 3B), and the exposed surface (the diffusion preventing layer 6 and the hole 3 positioned on the surface 2a of the porous support) is removed. The surface Pd alloy film 5 is formed by depositing Pd or a Pd alloy by electroplating on the back surface Pd alloy film 7c located on the surface (FIG. 3C). As a result, of the formed front Pd alloy film 5, the hydrogen permeable film 4 is used as a layered portion with the back Pd alloy film 7 c already formed in the hole 3, and the hydrogen purification filter 1 of the present invention is obtained. .

この第2電気めっき工程では、前面Pd合金膜5を、その厚みが1〜10μm、好ましくは2〜5μmの範囲となるように形成することが好ましい。
このような本発明の水素精製フィルタの製造方法は、水素透過膜4の形成前に金属支持体8に両面エッチングで複数の孔部3を穿設して多孔支持体2を作製するので、高開口率の多孔支持体2を得ることができる。また、拡散防止層6を設けた多孔支持体2の片面2aに金属板10を密着固定した状態で、多孔支持体2の他方の面2b側から電気めっきを行うので、孔部3の内部にも背面Pd合金膜7を確実に形成することができる。また、金属板10と多孔支持体2とが密着固定されているため、工程中での金属板10の剥離が防止され、かつ、ハンドリング性も良好である。さらに、金属板10を選択エッチングにより除去した後の多孔支持体2の面2a側から電気めっきにより前面Pd合金膜5を形成し、孔部3における前面Pd合金膜5と背面Pd合金膜7cとの積層部位を水素透過膜4とする、すなわち、2回の電気めっきで水素透過膜4を形成するので、ピンホール等の欠陥がなく薄い水素透過膜を形成することができる。
尚、上述の実施形態は例示であり、本発明の水素精製フィルタの製造方法は、これらに限定されるものではない。
In the second electroplating step, it is preferable to form the front Pd alloy film 5 so that its thickness is in the range of 1 to 10 μm, preferably 2 to 5 μm.
In such a method for producing a hydrogen purification filter of the present invention, the porous support 2 is produced by drilling a plurality of holes 3 in the metal support 8 by double-sided etching before the hydrogen permeable membrane 4 is formed. A porous support 2 having an aperture ratio can be obtained. Further, since electroplating is performed from the other surface 2b side of the porous support 2 in a state where the metal plate 10 is tightly fixed to the one surface 2a of the porous support 2 provided with the diffusion preventing layer 6, the inside of the hole 3 is formed. Also, the back Pd alloy film 7 can be reliably formed. In addition, since the metal plate 10 and the porous support 2 are tightly fixed, the peeling of the metal plate 10 during the process is prevented, and the handling property is also good. Further, the front Pd alloy film 5 is formed by electroplating from the surface 2a side of the porous support 2 after the metal plate 10 is removed by selective etching, and the front Pd alloy film 5 and the back Pd alloy film 7c in the hole 3 are formed. Since the hydrogen permeable film 4 is formed by two times of electroplating, a thin hydrogen permeable film can be formed without defects such as pinholes.
In addition, the above-mentioned embodiment is an illustration and the manufacturing method of the hydrogen purification filter of this invention is not limited to these.

次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
[実施例]
(エッチング工程)
金属支持体として厚み40μmのSUS304材を準備した。次いで、このSUS304材の両面に感光性レジスト材料(東京応化工業(株)製 OFPR)をディップ法により塗布(塗布量7μm(乾燥時))した。次に、所定のフォトマスクを介して両面のレジスト塗膜を露光し、炭酸水素ナトリウム水溶液を使用して現像した。これにより、SUS304材の両面に、直径が80μmの円形開口をピッチ110μmで複数備えたレジストパターンを形成した。尚、表裏の円形開口はSUS304材を介して対向するものであった。
Next, the present invention will be described in more detail by showing more specific examples.
[Example]
(Etching process)
A SUS304 material having a thickness of 40 μm was prepared as a metal support. Next, a photosensitive resist material (OFPR manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to both surfaces of this SUS304 material by a dipping method (application amount: 7 μm (when dry)). Next, the resist coating films on both sides were exposed through a predetermined photomask and developed using an aqueous sodium hydrogen carbonate solution. Thus, a resist pattern having a plurality of circular openings with a diameter of 80 μm at a pitch of 110 μm was formed on both surfaces of the SUS304 material. The circular openings on the front and back sides face each other with the SUS304 material interposed therebetween.

次に、上記のレジストパターンをマスクとして、下記の条件でSUS304材を両面からスプレー方式でエッチングした。
(エッチング条件)
・温度 : 50℃
・塩化第二鉄濃度: 45ボーメ
・圧力 : 0.30MPa
上記のエッチング処理が終了した後、水酸化ナトリウムを用いてレジストパターンを除去し、水洗した。これにより、複数の孔部を穿設して多孔支持体とした。これらの孔部は、SUS304材の表面の開口径が90μmであり、深さ方向の中央部での開口径が85μmである断面円形状のものであった。
Next, using the resist pattern as a mask, the SUS304 material was etched by spraying from both sides under the following conditions.
(Etching conditions)
・ Temperature: 50 ℃
・ Ferric chloride concentration: 45 Baume ・ Pressure: 0.30 MPa
After the above etching treatment was completed, the resist pattern was removed using sodium hydroxide and washed with water. As a result, a plurality of holes were formed to form a porous support. These holes had a circular cross section with an opening diameter of 90 μm on the surface of the SUS304 material and an opening diameter of 85 μm at the center in the depth direction.

(拡散防止層形成工程)
上記のように作製した多孔支持体の両面に感光性レジスト材料(東京応化工業(株)製 OFPR)をディップ法により塗布(塗布量7μm(乾燥時))した。次に、多孔支持体の一方の面をマスクで遮蔽してレジスト塗膜を露光し、炭酸水素ナトリウム水溶液を使用して現像した。これにより、多孔支持体の一方の面のみが露出するようにレジストパターンを形成した。
次に、上記のレジストパターンをマスクとして、多孔支持体が露出する面にイオンプレーティング法により窒化チタン(TiN)の薄膜(厚み1μm)を形成し、その後、水酸化ナトリウムを用いてレジストパターンを除去し、水洗した。これにより拡散防止層を多孔支持体の一方の面に形成した。
(Diffusion prevention layer forming process)
A photosensitive resist material (OFPR manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to both surfaces of the porous support prepared as described above by a dipping method (application amount: 7 μm (when dried)). Next, one surface of the porous support was shielded with a mask to expose the resist coating film, and developed using an aqueous sodium hydrogen carbonate solution. Thus, a resist pattern was formed so that only one surface of the porous support was exposed.
Next, using the resist pattern as a mask, a thin film (thickness 1 μm) of titanium nitride (TiN) is formed by ion plating on the surface where the porous support is exposed, and then the resist pattern is formed using sodium hydroxide. Removed and washed with water. This formed the diffusion prevention layer on one surface of the porous support.

(第1電気めっき工程)
多孔支持体の拡散防止層を形成した面に、銅板(厚み200μm)をクリップを用いて密着固定した。
次いで、銅板を配設していない多孔支持体の面に、下記の条件で電気めっきを行った。これにより、背面Pd合金膜(PdとAgとの合金、厚み0.5μm、Pd含有量80%)を、孔部内を含む多孔支持体面に形成した。
(電気めっき(背面Pd合金膜の形成)条件)
・使用浴 : 塩化Pdめっき浴(Pd濃度:12g/L)
・pH : 7〜8
・電流密度 : 1A/dm2
・液温 : 40℃
(First electroplating process)
A copper plate (thickness: 200 μm) was adhered and fixed to the surface of the porous support on which the diffusion prevention layer was formed using a clip.
Next, electroplating was performed on the surface of the porous support not provided with the copper plate under the following conditions. As a result, a back Pd alloy film (alloy of Pd and Ag, thickness 0.5 μm, Pd content 80%) was formed on the porous support surface including the inside of the pores.
(Electroplating (formation of back Pd alloy film) conditions)
-Bath used: Pd chloride plating bath (Pd concentration: 12 g / L)
・ PH: 7-8
・ Current density: 1 A / dm 2
・ Liquid temperature: 40 ℃

(第2電気めっき工程)
次に、アンモニア銅錯塩を用いて銅板を選択エッチングにより除去し、露出した面に下記の条件で電気めっきにより前面Pd合金膜(PdとAgとの合金、厚み5μm、Pd含有量80%)を形成した。このように形成した前面Pd合金膜のうち、孔部に既に形成されている上記の背面Pd合金膜との積層部位を水素透過膜とした。これにより本発明の水素精製フィルタを作製した。
(電気めっき(前面Pd合金膜の形成)条件)
・使用浴 : 塩化Pdめっき浴(Pd濃度:12g/L)
・pH : 7〜8
・電流密度 : 1A/dm2
・液温 : 40℃
(Second electroplating process)
Next, the copper plate is removed by selective etching using an ammonia copper complex salt, and a front Pd alloy film (Pd and Ag alloy, thickness 5 μm, Pd content 80%) is formed on the exposed surface by electroplating under the following conditions. Formed. Of the front Pd alloy film formed in this way, the layered portion with the back Pd alloy film already formed in the hole was used as the hydrogen permeable film. Thereby, the hydrogen purification filter of the present invention was produced.
(Electroplating (formation of front Pd alloy film))
-Bath used: Pd chloride plating bath (Pd concentration: 12 g / L)
・ PH: 7-8
・ Current density: 1 A / dm 2
・ Liquid temperature: 40 ℃

上記の水素精製フィルタを3cm×3cmの寸法に切断して改質器に装着し、メタノールと水蒸気の混合物を高温高圧条件(500℃、0.50MPa)で連続100時間供給し、水素精製フィルタの多孔支持体側へ透過する水素リッチガスのCO濃度、および、水素リッチガスの流量を測定した。その結果、改質開始直後から300時間経過するまでの間のCO濃度は5〜10ppmと極めて低く、また、水素リッチガスの流量は1.5L/分であり、本発明の水素精製フィルタが優れた耐久性、水素透過効率を有することを確認した。
また、作製工程中、および作製した水素精製フィルタには反りが認められなかった。
The hydrogen purification filter is cut to a size of 3 cm × 3 cm and attached to a reformer, and a mixture of methanol and steam is continuously supplied for 100 hours under high temperature and high pressure conditions (500 ° C., 0.50 MPa). The CO concentration of the hydrogen rich gas permeating to the porous support side and the flow rate of the hydrogen rich gas were measured. As a result, the CO concentration from immediately after the start of reforming until 300 hours elapses is as extremely low as 5 to 10 ppm, and the flow rate of the hydrogen-rich gas is 1.5 L / min, and the hydrogen purification filter of the present invention is excellent. It was confirmed to have durability and hydrogen permeation efficiency.
Further, no warpage was observed during the production process and in the produced hydrogen purification filter.

[比較例1]
第1支持体として厚み40μmのSUS304材を準備した。次いで、このSUS304材の一方の面に下記の条件で電解めっきによりPd合金膜(厚み5μm)を形成して水素透過膜とした。
(Pd合金膜の成膜条件)
・使用浴 : 塩化Pdめっき浴(Pd濃度:12g/L)
・pH : 7〜8
・電流密度 : 1A/dm2
・液温 : 40℃
次に、このSUS304材の両面に感光性レジスト材料(東京応化工業(株)製 OFPR)をディップ法により塗布(塗布量7μm(乾燥時))した。次に、所定のフォトマスクを介して両面のレジスト塗膜を露光し、炭酸水素ナトリウム水溶液を使用して現像した。これにより、SUS304材の水素透過膜が形成されていない面に、直径が80μmの円形開口をピッチ110μmで複数備えたレジストパターンを形成した。
[Comparative Example 1]
A SUS304 material having a thickness of 40 μm was prepared as a first support. Next, a Pd alloy film (thickness 5 μm) was formed on one surface of this SUS304 material by electrolytic plating under the following conditions to obtain a hydrogen permeable membrane.
(Pd alloy film deposition conditions)
-Bath used: Pd chloride plating bath (Pd concentration: 12 g / L)
・ PH: 7-8
・ Current density: 1 A / dm 2
・ Liquid temperature: 40 ℃
Next, a photosensitive resist material (OFPR manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to both surfaces of this SUS304 material by a dipping method (application amount: 7 μm (when dried)). Next, the resist coating films on both sides were exposed through a predetermined photomask and developed using an aqueous sodium hydrogen carbonate solution. As a result, a resist pattern having a plurality of circular openings with a diameter of 80 μm at a pitch of 110 μm was formed on the surface of the SUS304 material where the hydrogen permeable film was not formed.

次に、上記のレジストパターンをマスクとして、下記の条件でSUS304材を片面からスプレー方式でエッチングした。
(エッチング条件)
・温度 : 50℃
・塩化第二鉄濃度: 45ボーメ
・圧力 : 0.30MPa
上記のエッチング処理が終了した後、水酸化ナトリウムを用いてレジストパターンを除去し、水洗した。これにより、第1支持体に複数の孔部を形成した。これらの孔部は、SUS304材の表面側の開口径が85μmであり、深さ方向の最奥部(水素透過膜が露出している部位)での開口径が45μmであるテーパー形状であった。
Next, using the resist pattern as a mask, SUS304 material was etched by spraying from one side under the following conditions.
(Etching conditions)
・ Temperature: 50 ℃
・ Ferric chloride concentration: 45 Baume ・ Pressure: 0.30 MPa
After the above etching treatment was completed, the resist pattern was removed using sodium hydroxide and washed with water. As a result, a plurality of holes were formed in the first support. These holes have a tapered shape with an opening diameter of 85 μm on the surface side of the SUS304 material, and an opening diameter of 45 μm at the innermost part in the depth direction (part where the hydrogen permeable membrane is exposed). .

また、第2支持体として厚み40μmのSUS304材を準備した。次いで、このSUS304材の両面に感光性レジスト材料(東京応化工業(株)製 OFPR)をディップ法により塗布(塗布量7μm(乾燥時))した。次に、所定のフォトマスクを介して両面のレジスト塗膜を露光し、炭酸水素ナトリウム水溶液を使用して現像した。これにより、SUS304材の両面に、直径が80μmの円形開口をピッチ110μmで複数備えたレジストパターンを形成した。尚、表裏の円形開口はSUS304材を介して対向するものであった。
次に、上記のレジストパターンをマスクとして、下記の条件でSUS304材を両面からスプレー方式でエッチングした。
(エッチング条件)
・温度 : 50℃
・塩化第二鉄濃度: 45ボーメ
・圧力 : 0.30MPa
Moreover, SUS304 material with a thickness of 40 μm was prepared as the second support. Next, a photosensitive resist material (OFPR manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to both surfaces of this SUS304 material by a dipping method (application amount: 7 μm (when dry)). Next, the resist coating films on both sides were exposed through a predetermined photomask and developed using an aqueous sodium hydrogen carbonate solution. Thus, a resist pattern having a plurality of circular openings with a diameter of 80 μm at a pitch of 110 μm was formed on both surfaces of the SUS304 material. The circular openings on the front and back sides face each other with the SUS304 material interposed therebetween.
Next, using the resist pattern as a mask, the SUS304 material was etched by spraying from both sides under the following conditions.
(Etching conditions)
・ Temperature: 50 ℃
・ Ferric chloride concentration: 45 Baume ・ Pressure: 0.30 MPa

上記のエッチング処理が終了した後、水酸化ナトリウムを用いてレジストパターンを除去し、水洗した。これにより、複数の孔部を穿設して第2支持体とした。これらの孔部は、SUS304材の表面の開口径が85μmであり、深さ方向の中央部での開口径が80μmである断面円形状のものであった。
次に、第1支持体に支持されている水素透過膜に、第2支持体をレーザー溶接により接合し、その後、3cm×3cmの寸法に切断して、水素精製用フィルタとした。この接合では、第1支持体の孔部と第2支持体の孔部とが、水素透過膜を介して対向するように位置合わせを行った。
このように作製した水素精製フィルタを改質器に装着し、実施例と同様の高温高圧条件でフィルタのPd合金膜にメタノールと水蒸気の混合物を供給し、フィルタの多孔支持体側へ透過する水素リッチガスのCO濃度、および、水素リッチガスの流量を測定した。その結果、改質開始直後から300時間経過するまでの間のCO濃度は5〜10ppmと極めて低いものであったが、水素リッチガスの流量は0.6L/分と低いものであった。
After the above etching treatment was completed, the resist pattern was removed using sodium hydroxide and washed with water. In this way, a plurality of holes were drilled to form a second support. These holes had a circular cross section with an opening diameter of 85 μm on the surface of the SUS304 material and an opening diameter of 80 μm at the center in the depth direction.
Next, the second support was joined to the hydrogen permeable membrane supported by the first support by laser welding, and then cut to a size of 3 cm × 3 cm to obtain a hydrogen purification filter. In this joining, alignment was performed so that the hole of the first support and the hole of the second support face each other with the hydrogen permeable membrane interposed therebetween.
The hydrogen purification gas produced in this way is attached to the reformer, and a mixture of methanol and water vapor is supplied to the Pd alloy membrane of the filter under the same high-temperature and high-pressure conditions as in the examples, and the hydrogen-rich gas that permeates to the porous support side of the filter The CO concentration and the flow rate of the hydrogen rich gas were measured. As a result, the CO concentration from the start of reforming to the elapse of 300 hours was as extremely low as 5 to 10 ppm, but the flow rate of the hydrogen-rich gas was as low as 0.6 L / min.

[比較例2]
SUS304材に形成するレジストパターンの円形開口の直径を95μmとし、エッチングにより第1支持体に形成する孔部のSUS304材の表面側での開口径を100μm、深さ方向の最奥部(水素透過膜が露出している部位)での開口径を60μmとした他は、比較例1と同様にして、水素精製フィルタを作製した。
この水素精製フィルタを改質器に装着し、メタノールと水蒸気の混合物を高温高圧条件(300℃、0.50MPa)で連続100時間供給し、水素精製フィルタの多孔支持体側へ透過する水素リッチガスのCO濃度、および、水素リッチガスの流量を測定した。その結果、改質開始直後から300時間経過するまでの間のCO濃度は5〜10ppmと極めて低く、また、水素リッチガスの流量は1.1L/分であった。しかし、この水素精製フィルタの作製工程では、第1支持体に孔部を形成した段階で反りが発生し、その後の工程での作業性が著しく悪いものであった。
[Comparative Example 2]
The diameter of the circular opening of the resist pattern formed on the SUS304 material is 95 μm, the opening diameter on the surface side of the SUS304 material of the hole formed in the first support by etching is 100 μm, and the deepest part in the depth direction (hydrogen permeation) A hydrogen purification filter was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the opening diameter at the part where the membrane was exposed was 60 μm.
This hydrogen purification filter is attached to a reformer, and a mixture of methanol and water vapor is continuously supplied for 100 hours under high-temperature and high-pressure conditions (300 ° C., 0.50 MPa), and CO of hydrogen-rich gas that permeates to the porous support side of the hydrogen purification filter. The concentration and the flow rate of the hydrogen rich gas were measured. As a result, the CO concentration from the start of reforming to the elapse of 300 hours was as extremely low as 5 to 10 ppm, and the flow rate of the hydrogen rich gas was 1.1 L / min. However, in the process for producing the hydrogen purification filter, warpage occurred at the stage where the hole was formed in the first support, and the workability in the subsequent process was extremely poor.

高純度の水素リッチガスを必要とする種々の分野に利用することができる。   It can be used in various fields that require high-purity hydrogen-rich gas.

本発明の水素精製フィルタの一実施形態を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing one embodiment of the hydrogen purification filter of the present invention. 本発明の水素精製フィルタの製造方法の一実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows one Embodiment of the manufacturing method of the hydrogen purification filter of this invention. 本発明の水素精製フィルタの製造方法の一実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows one Embodiment of the manufacturing method of the hydrogen purification filter of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…水素精製フィルタ
2…多孔支持体
3…孔部
4…水素透過膜
5…前面Pd合金膜
6…拡散防止層
7,7a,7b,7c…背面Pd合金膜
8…金属支持体
9…レジストパターン
10…金属板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen purification filter 2 ... Porous support 3 ... Hole part 4 ... Hydrogen permeable film 5 ... Front surface Pd alloy film 6 ... Diffusion prevention layer 7, 7a, 7b, 7c ... Back surface Pd alloy film 8 ... Metal support 9 ... Resist Pattern 10 ... Metal plate

Claims (11)

孔部を複数有する多孔支持体と、該多孔支持体の一方の面に前記孔部を覆うように配設された前面Pd合金膜と、該前面Pd合金膜と前記多孔支持体との間に介在する拡散防止層と、前記孔部の内壁面を含む前記多孔支持体の他方の面および前記孔部内に位置する前記前面Pd合金膜上に配設された背面Pd合金膜とを備え、前記孔部に位置する前記前面Pd合金膜と前記背面Pd合金膜との積層部位が水素透過膜であることを特徴とする水素精製フィルタ。   A porous support having a plurality of holes, a front Pd alloy film disposed on one surface of the porous support so as to cover the holes, and between the front Pd alloy film and the porous support An interstitial diffusion prevention layer, the other surface of the porous support including the inner wall surface of the hole, and a back surface Pd alloy film disposed on the front surface Pd alloy film located in the hole, A hydrogen purification filter, wherein a laminated portion of the front Pd alloy film and the back Pd alloy film located in the hole is a hydrogen permeable film. 前記孔部の開口面積の合計が前記多孔支持体の面積の20〜90%を占めることを特徴とする請求項1に記載の水素精製フィルタ。   2. The hydrogen purification filter according to claim 1, wherein the total opening area of the pores occupies 20 to 90% of the area of the porous support. 前記多孔支持体は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の水素精製フィルタ。   The hydrogen purification filter according to claim 1 or 2, wherein the porous support is stainless steel. 前記多孔支持体の厚みは10〜100μmの範囲内であり、前記水素透過膜の厚みは1〜13μmの範囲内であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の水素精製フィルタ。   The thickness of the said porous support body is in the range of 10-100 micrometers, The thickness of the said hydrogen permeable film is in the range of 1-13 micrometers, The hydrogen in any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Purification filter. 前記拡散防止層は、窒化チタン、炭化チタン、窒化タンタル、炭化タンタル、窒化クロムの少なくとも1種からなる導電性を有する薄膜であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の水素精製フィルタ。   5. The diffusion preventing layer is a conductive thin film made of at least one of titanium nitride, titanium carbide, tantalum nitride, tantalum carbide, and chromium nitride. Hydrogen purification filter. 複数の開口部を有するレジストパターンを金属支持体の両面に形成し、該レジストパターンをマスクとして前記金属支持体を表裏からエッチングして孔部を穿設することにより、孔部を複数有する多孔支持体を作製するエッチング工程と、
前記多孔支持体の一方の面に導電性の拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程と、
前記多孔支持体の前記拡散防止層を備える面に、前記多孔支持体に対して選択エッチング可能な金属板を密着固定させ、前記多孔支持体の他方の面側から電気めっきにより前記孔部の内壁面を含む多孔支持体上と、前記孔部内に位置する前記金属板上とに背面Pd合金膜を形成する第1電気めっき工程と、
前記金属板を選択エッチングにより除去して露出した面に、電気めっきにより前面Pd合金膜を形成し、該前面Pd合金膜と前記背面Pd合金膜との積層部位を水素透過膜とする第2電気めっき工程と、を有することを特徴とする水素精製フィルタの製造方法。
A porous support having a plurality of holes is formed by forming a resist pattern having a plurality of openings on both surfaces of a metal support and etching the metal support from the front and back using the resist pattern as a mask to form holes. An etching process for producing a body;
A diffusion prevention layer forming step of forming a conductive diffusion prevention layer on one surface of the porous support;
A metal plate that can be selectively etched with respect to the porous support is fixed to the surface of the porous support with the diffusion prevention layer, and the inner surface of the hole is formed by electroplating from the other surface side of the porous support. A first electroplating step of forming a back Pd alloy film on a porous support including a wall surface and on the metal plate located in the hole;
A front Pd alloy film is formed by electroplating on the exposed surface of the metal plate removed by selective etching, and a second electric region is formed by using a laminated portion of the front Pd alloy film and the back Pd alloy film as a hydrogen permeable film. A method for producing a hydrogen purification filter, comprising: a plating step.
前記金属支持体はステンレス鋼であり、前記金属板は銅またはニッケルであることを特徴とする請求項6に記載の水素精製フィルタの製造方法。   The method for producing a hydrogen purification filter according to claim 6, wherein the metal support is stainless steel, and the metal plate is copper or nickel. 前記エッチング工程では、前記孔部の開口面積の合計が前記多孔支持体の面積の20〜90%を占めるように複数の孔部を穿設することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の水素精製フィルタの製造方法。   The said etching process WHEREIN: A some hole is drilled so that the sum total of the opening area of the said hole may occupy 20 to 90% of the area of the said porous support body, The Claim 6 or Claim 7 characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of the hydrogen purification filter of description. 前記拡散防止層形成工程では、真空成膜法により窒化チタン、炭化チタン、窒化タンタル、炭化タンタル、窒化クロムの少なくとも1種からなる拡散防止層を形成することを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の水素精製フィルタの製造方法。   The diffusion prevention layer forming step includes forming a diffusion prevention layer made of at least one of titanium nitride, titanium carbide, tantalum nitride, tantalum carbide, and chromium nitride by a vacuum film formation method. 9. A method for producing a hydrogen purification filter according to any one of 8 above. 前記第1電気めっき工程では、前記背面Pd合金膜を、厚みが0.1〜3μmの範囲となるように形成することを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれかに記載の水素精製フィルタの製造方法。   The hydrogen purification according to any one of claims 6 to 9, wherein, in the first electroplating step, the back surface Pd alloy film is formed to have a thickness in a range of 0.1 to 3 µm. A method for manufacturing a filter. 前記第2電気めっき工程では、前記前面Pd合金膜を、厚みが1〜10μmの範囲となるように形成することを特徴とする請求項6乃至請求項10のいずれかに記載の水素精製フィルタの製造方法。   11. The hydrogen purification filter according to claim 6, wherein, in the second electroplating step, the front Pd alloy film is formed to have a thickness in a range of 1 to 10 μm. Production method.
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