JP3377731B2 - 高性能水素分離膜 - Google Patents
高性能水素分離膜Info
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- JP3377731B2 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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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- separation membrane
- alloy
- hydrogen separation
- performance
- Prior art date
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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〕
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。
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。
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。
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。
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Ｎ
ｏ．７の合金は、Ｙの添加量が多いため、Ｐｄ3 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。
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Ｎ
ｏ．７の合金は、Ｙの添加量が多いため、Ｐｄ3 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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26349497A JP3377731B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 高性能水素分離膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26349497A JP3377731B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 高性能水素分離膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1199323A JPH1199323A (ja) | 1999-04-13 |
| JP3377731B2 true JP3377731B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=17390309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26349497A Expired - Lifetime JP3377731B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 高性能水素分離膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3377731B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008153016A1 (ja) | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Ngk Insulators, Ltd. | 水素分離膜、及び選択透過膜型反応器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9801398D0 (en) * | 1998-01-22 | 1998-03-18 | Anggard Erik E | Chemical compounds |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP26349497A patent/JP3377731B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008153016A1 (ja) | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Ngk Insulators, Ltd. | 水素分離膜、及び選択透過膜型反応器 |
| US8747766B2 (en) | 2007-06-11 | 2014-06-10 | Ngk Insulators, Ltd. | Hydrogen separation membrane and permselective membrane reactor |
| EP3034155A1 (en) | 2007-06-11 | 2016-06-22 | NGK Insulators, Ltd. | Hydrogen separation membrane and selectively permeable membrane reactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1199323A (ja) | 1999-04-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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