JP5891512B2 - 多孔性フィルター、その製造方法、多孔性フィルターを支持体とする水素分離膜、欠陥の封止方法、及び水素分離方法 - Google Patents
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Description
実施例1
内部と外部が隔離された有底筒状のステンレス製焼結金属フィルター(フィルター長5cm、フィルター直径1cm)の外表面にイットリウム安定化酸化ジルコニウム粒子をコーティングして製作した層厚30μm、平均細孔径0.1μmのセラミックス多孔体薄膜(多孔性セラミックス膜)が成膜された多孔性フィルターを、市販のアルカリ触媒中に50℃で浸漬して、外表面にパラジウムイオンを付着させ、引き続き、市販の還元液中で還元した。次に、市販の無電解パラジウムめっき液を有底筒状の焼結金属フィルターの内部に満たし、セラミックス多孔体薄膜の外表面をグルコース濃度4mol/Lの水溶液中に室温で2時間浸漬した。浸透圧によって、無電解パラジウムめっき液が、多孔性フィルターの外表面に形成されるセラミックス多孔体薄膜の欠陥部位に流出し、欠陥部にパラジウム金属の析出が生じた。このようにして得られた多孔性フィルターを乾燥後、デジタルマイクロスコープで観察した結果、図1に示すように、欠陥部位がパラジウムによって変色していることが確認された。なお、図1(a)は、浸透圧めっきを行う前のセラミックス多孔体薄膜における欠陥部のデジタルマイクロスコープ観察写真であり、図1(b)は、浸透圧めっき後のセラミックス多孔体薄膜における欠陥部のデジタルマイクロスコープ観察写真である。この欠陥部分はセラミックス多孔体薄膜を成膜する際に生じた不均一なセラミックス多孔体の部分であり、部分的に亀裂が存在していると考えられる。また、走査電子顕微鏡観察からパラジウムによる0.3μm以下の細孔の閉塞がないことが確認された。
実施例1の無電解パラジウムめっき液に代えて市販の無電解銀めっき液を用いた他は実施例1と同様に行い、欠陥部に銀が析出した多孔性フィルターを得た。乾燥後、デジタルマイクロスコープで観察した結果、欠陥部位が銀によって変色していることが確認された。また、走査電子顕微鏡観察から銀による0.3μm以下の細孔の閉塞がないことが確認された。なお、図2は、浸透圧めっきを行った後のセラミックス多孔体薄膜における欠陥部の走査電子顕微鏡写真であり、欠陥中央部が銀で被覆されていることがEDS分析によって明らかとなった。この欠陥部分はセラミックス多孔体の一部が剥落して形成されたものと考えられる。
実施例1と同様の操作でセラミックス多孔体薄膜(多孔性セラミックス膜)の欠陥部位にパラジウムを析出させ、パラジウムで欠陥を閉塞及び/又は被覆した多孔性フィルターを製作した。この多孔性フィルターを水洗後、市販の無電解パラジウムめっき液中に多孔性フィルターの外表面を50℃で浸漬し、多孔性フィルター外表面にパラジウムめっきした。このパラジウム薄膜の平均膜厚は0.8μmであった。
k=J/(p10.5−p20.5)
となる。ここでJは水素透過流速(mmol/s/m2)、p1は入口側水素分圧(Pa)、p2は出口側水素分圧(Pa)である。
k’=J’/(p3−p4)
と、なる。ここでJ’はガス透過流速(mmol/s/m2)、p3は入口側ガス分圧(Pa)、p4は出口側ガス分圧(Pa)である。
R = J/J’= k×1013250.5/(k’×101325)
この数値が高いほど水素選択性が高いと判定される。
パラジウムの析出時間を1時間とした他は実施例1と同様の操作でセラミックス多孔体薄膜(多孔性セラミックス膜)の欠陥部位にパラジウムを析出させ、パラジウムで欠陥を閉塞及び/又は被覆した多孔性フィルターを製作した。この多孔性フィルターを水洗後、市販の無電解パラジウムめっき液中に多孔性フィルターの外表面を50℃で浸漬し、多孔性フィルター外表面にパラジウムを析出させた。多孔性フィルター表面がパラジウム膜前駆体に覆われた後、無電解パラジウムめっき液をパラジウム膜前駆体に残存する貫通欠陥に導くためフィルター内部(有底筒状の焼結金属フィルターの内部)をポンプによって0.1気圧まで減圧して無電解パラジウムめっきを行った。得られたパラジウム薄膜の平均膜厚は1.9μmであった。
実施例1の無電解パラジウムめっき液に代えて市販の無電解銅めっき液を用い、グルコース濃度4mol/lの水溶液中に室温で3時間浸漬する他は実施例1と同様に行い、セラミックス多孔体薄膜(多孔性セラミックス膜)の欠陥部位に銅を析出させ、銅で欠陥を閉塞及び/又は被覆した多孔性フィルターを製作した。これを還元剤を含まない市販のパラジウムめっき液に18時間浸漬し銅表面をパラジウムで置換めっきした。そして、この多孔性フィルターを市販のアルカリ触媒中に50℃で浸漬して、外表面にパラジウムイオンを付着させ、引き続き、市販の還元液中で還元した。その後、実施例4と同様の操作でパラジウム薄膜を成膜した。形成されたパラジウム薄膜の平均膜厚は1.6μmであった。そして、この多孔性フィルター上に形成されたパラジウム薄膜を銅のエチレンジアミン錯体からなる電気めっき液に浸漬し、フィルター内部をポンプによって0.1気圧まで減圧しながら、パラジウム薄膜上に銅の電気めっきを行い、パラジウム薄膜上に銅薄膜を形成した。
実施例4と同様の操作でセラミックス多孔体薄膜(多孔性セラミックス膜)の欠陥部位にパラジウムを析出させ、パラジウムで欠陥を閉塞及び/又は被覆した多孔性フィルターを製作した。その後、実施例4と同様の操作でパラジウム薄膜を成膜した。形成されたパラジウム薄膜の平均膜厚は0.7μmであった。そして、この多孔性フィルター上に形成されたパラジウム薄膜をパラジウム及び銀のアンミン錯体からなる電気めっき液に浸漬し、フィルター内部をポンプによって0.1気圧まで減圧しながら、パラジウム薄膜上にパラジウム・銀合金の電気めっきを行い、パラジウム薄膜上にパラジウム・銀合金薄膜を形成した。
グルコース濃度4mol/lの水溶液中に室温で5時間浸漬する他は実施例1と同様の操作で、セラミックス多孔体薄膜(多孔性セラミックス膜)の欠陥部位にパラジウムを析出させ、パラジウムで欠陥を閉塞及び/又は被覆した多孔性フィルターを製作した。この多孔性フィルターを市販のアルカリ触媒中に50℃で浸漬して、外表面にパラジウムイオンを付着させ、引き続き、市販の還元液中で還元した。そして、実施例4と同様の操作でパラジウム薄膜を成膜した。形成されたパラジウム薄膜の平均膜厚は2.3μmであった。そして、実施例5と同様の操作でパラジウム薄膜上に0.5μmの銅薄膜を形成した。次に、市販の還元剤を含まないパラジウムめっき液をこの金属薄膜を成膜した多孔性フィルター内部に満たし、その外表面をジメチルアミノボランを含有するグルコース濃度2mol/Lの水溶液中に室温で19時間浸漬した。浸透圧によって還元剤を含まないパラジウムめっき液が多孔性フィルターの外表面に形成された金属薄膜の欠陥部位に流出し、欠陥部にパラジウム金属の析出が生じた。そして、これを市販の銅の無電解めっき液に室温で浸漬して銅薄膜を0.2μm成膜した後、この上に実施例5と同様の操作で銅薄膜を形成した。
実施例1のセラミックス多孔体薄膜(多孔性セラミックス膜)の欠陥を金属で閉塞することなく、そのまま水洗後、セラミックス多孔体薄膜を市販の無電解パラジウムめっき液中に50℃で浸漬し、多孔体薄膜表面にパラジウムめっきした。このパラジウム薄膜の平均膜厚は0.8μmであった。
Claims (6)
- 細孔径が0.02〜1.0μmである微細孔を有する多孔性セラミックス膜の一方面に開口した前記微細孔よりも大きな欠陥のみが金属により閉塞されており、前記多孔性セラミックス膜における微細孔が前記金属により閉塞されていないことを特徴とする多孔性フィルター。
- 前記欠陥を閉塞している金属がパラジウム及び/又は銅である請求項1の多孔性フィルター。
- 多孔性セラミックス膜の一方面側にパラジウムからなる無電解めっき用触媒微粒子付与を行い、次に、めっき用触媒微粒子の還元を行った後、多孔性セラミックス膜の一方面側に溶質を溶解した溶媒を配置すると共に、前記多孔性セラミックス膜の他方面側に金属イオンを含有するめっき液を配置し、前記めっき液を前記多孔性セラミックス膜の一方面側に移動させ、前記多孔性セラミックス膜の一方面側で前記金属を析出させることを特徴とする多孔性フィルターの製造方法であって、前記溶質は、糖類又は塩類である多孔性フィルターの製造方法。
- 請求項1又は請求項2に記載された多孔性フィルターの一方面にパラジウム薄膜又はパラジウム合金薄膜が形成された水素分離膜。
- パラジウム合金薄膜の前駆体となる金属膜の一方面側に溶質及び還元剤を溶解した溶媒を配置すると共に、前記金属膜の他方面側にパラジウム合金薄膜を構成する金属のイオンを含有する還元剤を含まないめっき液を配置し、前記めっき液を前記金属膜の一方面側に移動させ、前記金属膜の一方面側で前記金属イオンを還元・析出させることを特徴とするパラジウム合金薄膜の欠陥の封止方法であって、前記溶質は、糖類又は塩類である欠陥の封止方法。
- 請求項4に記載の水素分離膜を介して、一方側に水素含有混合気体を位置させ、他方側の水素分圧を水素含有混合気体側の水素分圧以下とすることを特徴とする水素含有混合気体からの水素の分離方法。
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