JP3377731B2 - 高性能水素分離膜 - Google Patents

高性能水素分離膜

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JP3377731B2 JP26349497A JP26349497A JP3377731B2 JP 3377731 B2 JP3377731 B2 JP 3377731B2 JP 26349497 A JP26349497 A JP 26349497A JP 26349497 A JP26349497 A JP 26349497A JP 3377731 B2 JP3377731 B2 JP 3377731B2
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hydrogen
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英明 高谷
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一登 小林
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、優れた水素透過性
能及び高温強度を有する水素分離膜に関する。
【0002】
【従来の技術】水素を含む混合ガスから水素を選択的に
透過するPd合金水素分離膜は高純度水素の製造装置へ
の適用が考えられている。現在、水素分離膜は、純Pd
やPd−24at%Ag合金からなる膜が使用されてい
る。純Pd膜は水素化物を生成して脆化を起こし、ま
た、水素分離膜の使用温度である550℃程度の高温に
おける強度が十分でないという問題点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
上記の問題点を解消し、高い水素透過性能及び高温強度
を備えた水素分離膜を提供しようとするものである。
【0004】
【問題点を解決するための手段】本発明は、Pd又はP
d−Ag合金を主成分とする高性能水素分離膜におい
て、Pdを主成分とする高性能水素分離膜にあってはG
d及びLuの1種以上を8〜12at%含有し、Pd−
Ag合金を主成分とする高性能水素分離膜にあってはL
uを3at%以上含有し、Luの含有量をyat%、A
gの含有量をxat%とするときに、36≧3y+x≧
24の領域の合金で高性能水素分離膜を構成することに
より、上記の課題の解決に成功したもので、好ましい態
様として8at%のGd又はLuを含有するPd合金か
らなることを特徴とする前記高性能水素分離膜を含むも
のである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明は、Pd又はPd−Ag合
金を主成分とする水素分離膜であって、Pd合金を主成
分とする水素分離膜にあってはGd及びLuの1種以上
を8〜12at%、Pd−Ag合金を主成分とする水素
分離膜にあってはLuを3at%以上添加して優れた水
素透過性能及び高温強度の確保に成功したものである。
【0006】さらに、上記に加えて、Pd−Ag合金を
主成分とする水素分離膜にあってはLuの含有量をya
t%、Agの含有量をxat%とするときに、水素分離
膜の合金組成のうち、AgとLuの含有量が、3y+x
≧24の関係を満たすことにより、室温以上の温度領域
において水素化物(β相)の生成による水素脆化を防止
し、3y+x≦36の関係を満たすことにより、上記合
金中にPd3 (Gd,Lu)等の金属間化合物が第2相
として析出するのを抑制して2相分離の発生を防止し、
水素透過性能の低下をなくしたものである。
【0007】図1は、本発明の水素分離膜に用いる合金
の組成範囲を示したグラフである。図中、3y+x>3
6の範囲は2相分離域を示し、3y+x<24の範囲は
水素化物(β相)の生成域を示す。したがって、本発明
の合金組成は、図中に斜線部分として表記した範囲であ
る。なお、yはLuの含有量であるが、x=0の位置で
はyはLuとGdの合計量を表す。
【0008】
【実施例】以下、本発明の水素分離膜を作製し、膜性能
及び希土類元素の添加効果を調べた。供試材は、Pd及
びPd−Agに対するY、Gd、Luの配合量を表1に
示すように変化させ、Arガス雰囲気中でアークで溶解
した。その後、4段式小型ロール圧延機で膜厚0.1〜
0.2mmの金属膜を作製した。得られた金属膜は、
水素透過性能評価、耐水素脆化性評価、及び高温強
度特性評価を行った。結果は表1に示した。
【0009】水素透過性能評価 水素透過試験は、金属膜を試験用セルにセットし、温度
773Kで試験用セルの片側に100%の水素ガスを流
し、反対側に透過した水素のガス流量を測定した。水素
透過性能は、次式で示す水素透過係数K値の比較で評価
した。 V=K(P1 1/2 −P2 1/2 )×(1/t) 式中、V:水素透過速度〔m3 /m2 ・s〕 K:水素透過係数〔m3 ・m/m2 ・s・Pa1/2 〕 P1 :1次側(入口側)水素分圧〔Pa〕 P2 :2次側(出口側)水素分圧〔Pa〕 t:膜厚〔m〕
【0010】耐水素脆化性評価 耐水素脆化性評価は、金属膜の合金に水素を固溶させた
状態でX線回折分析を行って調べた。各金属膜を水素圧
0.1MPa、293Kの下で水素をチャージして最も
水素化物を生成しやすい状態であるH(水素原子)/M
(金属原子)(モル比)=0.2/0.3にしてX線回
折分析を行った。
【0011】高温強度特性評価 高温強度特性評価は、773Kにおける高温引張試験に
よって評価した。引張試験は、精密万能試験機を用いて
大気中で行った。取得データは、引張強さ(σB )、
0.2%耐力(σ0.2 )、及び破断伸び(δ)である。
【0012】比較のために、表1に記載の従来合金及び
比較合金を作製し、上記実施例の合金と同様に評価し、
その結果も表1に示した。Pd及びPd−24at%A
g合金(No.4及びNo.3)を基準にして他の合金
をみると、3at%以上のGd、Luを添加したNo.
1及び2の合金(本発明の実施例)では、水素透過性能
が高く、特に、8at%Gd添加合金(No.1)はP
d−24at%Ag合金(No.3)の2倍以上の水素
透過性能を示した。
【0013】また、高温強度についても、Gdを添加す
ることにより、Pd−24at%Ag合金(No.3
に比べて、8at%添加したNo.1の合金で3倍以上
の高温強度が得られた。
【0014】なお、Agを含有しない比較材のNo.5
合金は、Yの添加量が6at%と少ないため、水素化物
生成による水素脆化が発生した。また、No.6及び
o.7の合金は、Yの添加量が多いため、P3 Y金属
間化合物からなる第2相が析出して2相分離状態を起こ
して、水素透過性能が低下した。
【0015】
【表1】
【0016】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、優れた水素透過性能と高温強度を備えた水素分離
膜の提供を可能にし、高純度水素製造装置を初めとする
用途の拡大を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水素分離膜に用いる合金の組成範囲を
示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 一登 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (56)参考文献 特開 平3−271337(JP,A) 特開 昭46−7562(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 71/02 500

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Pd又はPd−Ag合金を主成分とする
    高性能水素分離膜において、Pdを主成分とする高性能
    水素分離膜にあってはGd及びLuの1種以上を8〜1
    2at%含有し、Pd−Ag合金を主成分とする高性能
    水素分離膜にあってはLuを3at%以上含有し、Lu
    の含有量をyat%、Agの含有量をxat%とすると
    きに、36≧3y+x≧24の領域の合金からなること
    を特徴とする高性能水素分離膜。
  2. 【請求項2】 8at%のGd又はLuを含有するPd
    合金からなることを特徴とする請求項1記載の高性能水
    素分離膜。
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