JPH07124453A - Hydrogen separation membrane and its production - Google Patents

Hydrogen separation membrane and its production

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JPH07124453A
JPH07124453A JP29247193A JP29247193A JPH07124453A JP H07124453 A JPH07124453 A JP H07124453A JP 29247193 A JP29247193 A JP 29247193A JP 29247193 A JP29247193 A JP 29247193A JP H07124453 A JPH07124453 A JP H07124453A
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palladium
metal
etching
hydrogen separation
film
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Akira Kobuchi
彰 小渕
Yasunobu Minamino
康信 南野
Satoshi Koga
聡 古賀
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Abstract

PURPOSE:To easily obtain a hydrogen separation membrane excellent in heat resistance and mechanical strength, prevented from the deposition of carbon from a gas to be treated and improved in workability by supporting a palladium alloy membrance from the both side with a metallic supporting body and metallic plate on which many narrow pores having specific pore diameter are drilled. CONSTITUTION:The hydrogen separation membrane is formed by sticking the palladium alloy membrance 12 having 1-50mum film thickness on one face 11a of the metallic supporting body 11 on which many narrow pores (h) 10-500mum in pore diameter are drilled by etching. The metallic plate 13 on which many narrow pores 1 are drilled by etching on the surface of the palladium alloy membrane 12 side is laminated on the palladium alloy membrane 12. If necessary, a metallic thin film of gold, silver, platinum, palladium, rhodium, copper or an alloy thereof is stuck by electroplating method to the metallic plate 13 with many drilled narrow pores.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水素含有ガス中の水素
を拡散分離する水素分離膜およびその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen separation membrane for diffusing and separating hydrogen in a hydrogen-containing gas and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、水素ガスは、天然ガス、LPG、
ナフサ、またはメタノールなどの炭化水素を原料として
水蒸気改質法などで製造され、また石油精製などのオフ
ガスからも製造されている。上記方法で製造された水素
含有ガスから水素を精製回収する方法としては、吸着剤
を利用したPSA法(Pressure Swing
Absorption)などで不純物を分離除去する方
法や、有機または無機の水素分離膜によって水素を拡散
分離する方法などがあり、そのなかでも膜分離法は、省
エネルギー、分離効率、装置の簡易な構成および運転の
容易性などの観点から注目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, hydrogen gas has been used as natural gas, LPG,
It is produced by a steam reforming method using hydrocarbons such as naphtha or methanol as a raw material, and is also produced from offgas for petroleum refining. As a method for purifying and recovering hydrogen from the hydrogen-containing gas produced by the above method, a PSA method (Pressure Swing) using an adsorbent is used.
Absorption) and other methods for separating and removing impurities, and methods for diffusively separating hydrogen with an organic or inorganic hydrogen separation membrane. Among these methods, the membrane separation method is energy-saving, separation efficiency, and simple device configuration and operation. It is attracting attention from the viewpoint of ease of use.

【0003】膜分離法に用いられる水素分離膜として
は、ポリイミドやポリスルホンなどの有機高分子膜、多
孔質ガラスや多孔質セラミックスなどの無機多孔質膜、
およびパラジウムまたはパラジウム合金膜などがある。
このうち、有機高分子膜は耐熱性や高温時での分離効率
低下に問題があり、また無機多孔質膜においても分離効
率が低い欠点があり、さらにパラジウムまたはパラジウ
ム合金膜においては耐熱性もあり、また極めて高純度の
水素を得ることができるが、機械的強度や薄膜製造技術
の難しさなどの問題がある。
Hydrogen separation membranes used in the membrane separation method include organic polymer membranes such as polyimide and polysulfone, inorganic porous membranes such as porous glass and porous ceramics,
And palladium or palladium alloy film.
Among them, the organic polymer membrane has a problem in heat resistance and reduction in separation efficiency at high temperature, and also has a defect that the separation efficiency is low even in the inorganic porous membrane, and further in the palladium or palladium alloy membrane, there is also heat resistance. Moreover, although hydrogen of extremely high purity can be obtained, there are problems such as mechanical strength and difficulty of thin film manufacturing technology.

【0004】上記パラジウムまたはパラジウム合金膜の
機械的強度を高めた水素分離膜として、特開昭62−1
21616号公報、特開昭62−273030号公報、
特開昭63−171617号公報には、多孔質ガラス、
多孔質セラミックス、あるいは多孔質酸化アルミニウム
などの無機多孔質支持体の表面に、パラジウムまたはパ
ラジウム合金膜を被着した膜が開示されており、またこ
れらの公報には、その水素分離膜の製造方法も記載され
ている。さらに、特願平4−131420号明細書に
は、細孔が多数穿孔された金属支持体の片面に、パラジ
ウム合金膜を被着形成させることにより、耐熱性、機械
的強度、分離性能に優れた水素分離膜が得られることが
提案されている。
As a hydrogen separation membrane in which the mechanical strength of the palladium or palladium alloy membrane is increased, Japanese Patent Laid-Open No. 62-1 / 1987 has been proposed.
21616, JP-A-62-273030,
Japanese Patent Laid-Open No. 63-171617 discloses a porous glass,
Membranes in which a palladium or palladium alloy membrane is deposited on the surface of an inorganic porous support such as porous ceramics or porous aluminum oxide are disclosed, and in these publications, a method for producing the hydrogen separation membrane is disclosed. Is also described. Furthermore, in Japanese Patent Application No. 4-131420, by forming a palladium alloy film on one surface of a metal support having a large number of pores, heat resistance, mechanical strength, and separation performance are excellent. It has been proposed that a hydrogen separation membrane can be obtained.

【0005】上記公報に記載された水素分離膜の製造方
法において、特開昭62−121616号公報に記載さ
れた方法では、厚さ1mm程度の無機多孔質支持体の表
面にパラジウムまたはパラジウム合金膜を気相化学反応
や真空蒸着法などで被着しているが、装置が複雑で高度
な製造技術を必要とし、さらに厚膜製造に時間がかかる
欠点がある。また、特開昭62−273030号公報の
方法では、無機多孔質体の表面を化学的に活性化処理し
たのち、化学メッキ法でパラジウム主体膜を被着してい
るが、化学メッキ法に時間および手間がかかる欠点があ
る。さらに、特開昭63−171617号公報の方法で
は、例えば金属アルミニウムを陽極酸化処理したのち、
エッチング法で金属アルミニウムを溶解除去して厚さ5
0μm程度の多孔質酸化アルミニウム膜を製造し、該膜
にスパッタ法でパラジウムまたはパラジウム合金を蒸着
したのち、さらにパラジウム塩水溶液でパラジウムを担
持しているが、非常に手間がかかり、また高度の成膜技
術を必要とする欠点がある。さらに、特願平4−131
420号明細書において提案された水素分離膜は、耐熱
性、機械的強度、分離性能に優れているものの、パラジ
ウム合金膜が露出されているため、該膜面が傷つき易
く、また膜の剥離を生じる場合がある。
In the method for producing a hydrogen separation membrane described in the above publication, according to the method disclosed in JP-A-62-121616, a palladium or palladium alloy membrane is formed on the surface of an inorganic porous support having a thickness of about 1 mm. Is deposited by a vapor phase chemical reaction or a vacuum deposition method, but it has a drawback that the device is complicated and requires an advanced manufacturing technique, and that it takes time to manufacture a thick film. Further, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-273030, after the surface of the inorganic porous material is chemically activated, a palladium-based film is deposited by a chemical plating method. And there is a drawback that it is time-consuming. Further, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-171617, for example, after anodizing the metallic aluminum,
Metallic aluminum is dissolved and removed by etching method to a thickness of 5
A porous aluminum oxide film having a thickness of about 0 μm is manufactured, and palladium or a palladium alloy is deposited on the film by a sputtering method, and then palladium is further supported by an aqueous solution of a palladium salt, which is very time-consuming and requires a high degree of performance. There are drawbacks that require membrane technology. Furthermore, Japanese Patent Application No. 4-131
The hydrogen separation membrane proposed in No. 420 has excellent heat resistance, mechanical strength, and separation performance, but since the palladium alloy membrane is exposed, the surface of the membrane is easily scratched and peeling of the membrane occurs. May occur.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の課題を背景になされたもので、所定の孔径の細孔が
穿孔された金属支持体および金属板によりパラジウム合
金膜が両面から支持されているため、耐熱性、機械的強
度が一段と優れ、高純度の水素の回収が可能であり、か
つ高温においても分離性能に優れ、また被処理ガスに起
因する炭素の析出を防止でき、さらに加工性も良好な水
素分離膜を短時間かつ少ない労力で容易に製造すること
ができる水素分離膜およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made against the background of the above-mentioned problems of the prior art. The palladium alloy film is supported from both sides by a metal support and a metal plate in which pores having a predetermined pore diameter are perforated. Therefore, the heat resistance and mechanical strength are further excellent, high-purity hydrogen can be recovered, and the separation performance is excellent even at high temperatures, and the precipitation of carbon due to the gas to be treated can be prevented. An object of the present invention is to provide a hydrogen separation membrane capable of easily manufacturing a hydrogen separation membrane having excellent workability in a short time with a small labor and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、孔径10〜5
00μmの細孔がエッチングにより多数穿孔された金属
支持体の片面に、膜厚1〜50μmのパラジウムと他の
金属からなるパラジウム合金膜(以下「パラジウム合金
膜」ということがある)が被着形成され、さらに該パラ
ジウム合金膜の表面に、エッチングによりあらかじめ両
面に細孔が多数穿孔され、さらに必要に応じて金、銀、
白金、パラジウム、ロジウム、銅またはこれらの合金の
薄膜(以下「金属薄膜」ということがある)が被着され
た金属板を積層させたことを特徴とする水素分離膜であ
る。
The present invention has a hole diameter of 10 to 5
A palladium alloy film (hereinafter also referred to as "palladium alloy film") having a film thickness of 1 to 50 μm and made of palladium and another metal is adhered and formed on one surface of a metal support in which a large number of 00 μm pores are formed by etching. Further, on the surface of the palladium alloy film, a large number of pores are preliminarily formed on both surfaces by etching, and if necessary, gold, silver,
A hydrogen separation membrane, comprising a stack of metal plates coated with thin films of platinum, palladium, rhodium, copper or alloys thereof (hereinafter sometimes referred to as "metal thin film").

【0008】また、本発明は、次の各工程からなる上記
水素分離膜の製造方法である。 (1)金属支持体の片面にパラジウムと他の金属の薄膜
をそれぞれ電気メッキ法により交互積層する第1工程。 (2)第1工程で得られる金属支持体の他方の片面にエ
ッチング法により細孔を多数穿孔する第2工程。 (3)第2工程で得られる金属支持体のパラジウムと他
の金属薄膜層を500〜900℃で熱処理しパラジウム
合金化する第3工程。 (4)金属板の両面にエッチング法により細孔を多数穿
孔する第4工程。 (5)必要に応じて第4工程で得られる金属板に、金、
銀、白金、パラジウム、ロジウム、銅またはこれらの合
金の薄膜を、電気メッキ法により形成させる第5工程。 (6)第3工程で得られる金属支持体のパラジウム合金
膜の表面に、第4工程または第5工程で得られる金属板
を積層する第6工程。
Further, the present invention is a method for producing the hydrogen separation membrane, which comprises the following steps. (1) A first step of alternately laminating thin films of palladium and another metal on one surface of a metal support by electroplating. (2) A second step of forming a large number of pores on the other surface of the metal support obtained in the first step by an etching method. (3) A third step in which the palladium of the metal support obtained in the second step and another metal thin film layer are heat treated at 500 to 900 ° C. to form a palladium alloy. (4) A fourth step of forming a large number of pores on both surfaces of the metal plate by an etching method. (5) If necessary, add gold to the metal plate obtained in the fourth step,
A fifth step of forming a thin film of silver, platinum, palladium, rhodium, copper or an alloy thereof by electroplating. (6) A sixth step of laminating the metal plate obtained in the fourth step or the fifth step on the surface of the palladium alloy film of the metal support obtained in the third step.

【0009】以下、本発明の水素分離膜の一例を図面を
参照しつつ説明する。図1は、水素分離膜製造工程の一
部を示す概略図であり、図1(A)は金属支持体の片面
にパラジウム合金膜を被着・形成した状態を説明するた
めの拡大断面構成図、図1(B)は図1(A)の金属支
持体の他方の片面をエッチング処理し細孔が多数穿孔さ
れた状態を説明するための拡大断面構成図、図1(C)
は金属板を両面エッチング処理したのち、表面に銀など
のメッキを施したものをパラジウム合金膜の表面側に被
着・形成した本発明の水素分離膜の拡大断面構成図であ
る。
An example of the hydrogen separation membrane of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a part of the hydrogen separation membrane manufacturing process, and FIG. 1 (A) is an enlarged cross-sectional configuration diagram for explaining a state in which a palladium alloy membrane is deposited / formed on one surface of a metal support. 1 (B) is an enlarged cross-sectional configuration diagram for explaining a state in which a large number of pores are perforated by etching the other surface of the metal support of FIG. 1 (A), FIG. 1 (C)
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional configuration diagram of a hydrogen separation membrane of the present invention in which a metal plate is subjected to double-sided etching treatment, and then the surface of which is plated with silver or the like is deposited / formed on the surface side of a palladium alloy membrane.

【0010】本発明の水素分離膜10は、孔径が10〜
500μm、好ましくは50〜200μmの細孔hがエ
ッチングにより多数穿孔された金属支持体11の片面1
1aに、膜厚1〜50μm、好ましくは5〜30μmの
パラジウム合金膜12が被着・形成されてなるものであ
る〔図1(A)〜(B)参照〕。また、パラジウム合金
膜12の表面側に、孔径20〜1,000μm、好まし
くは100〜400μmの細孔Iがエッチングにより多
数穿孔された金属板13をパラジウム合金膜12に積層
されてなるものである〔図1(C)参照〕。
The hydrogen separation membrane 10 of the present invention has a pore size of 10 to 10.
One side 1 of the metal support 11 in which a large number of pores h of 500 μm, preferably 50 to 200 μm, are formed by etching.
The palladium alloy film 12 having a film thickness of 1 to 50 μm, preferably 5 to 30 μm is deposited and formed on the la 1a (see FIGS. 1A to 1B). The palladium alloy film 12 is formed by laminating a metal plate 13 on the surface side of the palladium alloy film 12 in which a large number of pores I having a pore diameter of 20 to 1,000 μm, preferably 100 to 400 μm are formed by etching. [See FIG. 1C].

【0011】ここで、金属支持体11の材質としては、
ステンレス、ニッケル、銅合金、ニッケル基合金、鉄−
ニッケル合金などの金属が挙げられる。水素分離膜10
の支持体として金属支持体11を採用することにより、
200℃以上の温度で水素分離処理を行っても、水素分
離膜10と図示しない取付け部材(枠など)とを熔接な
どの手段で連結することができるため、シール性が低下
することもない。金属支持体11の代わりにセラミック
スなどの無機材料を用いた場合には、直接、電気メッキ
が不可能なために膜形成速度の遅い無電解メッキが必要
であるという不都合が生じる。この金属支持体11に多
数穿孔される細孔hの孔径dは、10〜500μm、好
ましくは50〜200μmであり、10μm未満では流
通抵抗が大きくなり、一方500μmを超えると、被着
膜であるパラジウム合金膜12が陥没してピンホールが
生じやすくなる。なお、細孔hの穿孔密度は、好ましく
は150〜3,000個/cm2 程度である。
Here, as the material of the metal support 11,
Stainless steel, nickel, copper alloy, nickel base alloy, iron −
Examples include metals such as nickel alloys. Hydrogen separation membrane 10
By adopting the metal support 11 as the support of
Even if the hydrogen separation treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher, the hydrogen separation membrane 10 and the mounting member (frame, etc., not shown) can be connected by means such as welding, so that the sealing property does not deteriorate. When an inorganic material such as ceramics is used in place of the metal support 11, there is a problem that electroless plating with a slow film formation rate is necessary because electroplating cannot be directly performed. The pore diameter d of the large number of pores h perforated in the metal support 11 is 10 to 500 μm, preferably 50 to 200 μm. If it is less than 10 μm, the flow resistance becomes large, while if it exceeds 500 μm, it is an adherend film. The palladium alloy film 12 is depressed and pinholes are easily generated. The perforation density of the pores h is preferably about 150 to 3,000 per cm 2 .

【0012】金属支持体11の厚みは、通常、10〜5
00μm、好ましくは50〜200μm程度であり、1
0μm未満では支持体としての機械的強度が弱く実用的
ではなく、一方500μmを超えると孔径の大きい穿孔
をエッチングする必要があり好ましくない。なお、金属
支持体11の形状は、図1に示すような板状のほか、管
状でもよく、その目的とするところにより任意の形状が
採用できる。
The thickness of the metal support 11 is usually 10-5.
00 μm, preferably about 50 to 200 μm, and 1
If it is less than 0 μm, the mechanical strength as a support is weak and not practical, while if it exceeds 500 μm, it is necessary to etch perforations having a large pore size, which is not preferable. The shape of the metal support 11 may be tubular as well as plate-like as shown in FIG. 1, and any shape may be adopted depending on the purpose.

【0013】一方、パラジウム合金膜12は、パラジウ
ムを主体とする合金の薄膜であり、パラジウムと、パラ
ジウム以外の周期律表第VIII族元素(例えば、コバル
ト、ニッケル)、IB族(例えば、銅、銀、金)、およ
び IIIB族(例えば、イットリウム)の群から選ばれた
少なくとも1種の他の金属との合金、好ましくはパラジ
ウムと銀との合金から構成されている。このパラジウム
合金膜12中のパラジウム以外の他の金属の含量は、1
〜50重量%、好ましくは10〜30重量%である。パ
ラジウムを合金化する主目的は、パラジウムの水素脆化
防止と高温時の分離効率向上にあり、パラジウム以外の
他の金属の含量が1重量%未満では、パラジウムの水素
脆化防止、高温時の分離効率向上の効果が少なくなり、
一方50重量%を超えると、水素の透過速度が遅くなり
すぎて実用的でない。
On the other hand, the palladium alloy film 12 is a thin film of an alloy containing palladium as a main component, and is composed of palladium, a Group VIII element (for example, cobalt and nickel) other than palladium, and an IB group (for example, copper). Silver, gold), and an alloy with at least one other metal selected from the group IIIB (eg, yttrium), preferably an alloy of palladium and silver. The content of metals other than palladium in the palladium alloy film 12 is 1
˜50% by weight, preferably 10 to 30% by weight. The main purpose of alloying palladium is to prevent hydrogen embrittlement of palladium and to improve the separation efficiency at high temperatures. If the content of other metals than palladium is less than 1% by weight, the prevention of hydrogen embrittlement of palladium and high temperature The effect of improving the separation efficiency decreases,
On the other hand, if it exceeds 50% by weight, the hydrogen permeation rate becomes too slow, which is not practical.

【0014】パラジウム合金膜12の総厚は、1〜50
μm、好ましくは5〜30μmである。パラジウム合金
膜12の総厚が1μm未満では、この合金膜12にピン
ホールが生じやすく正常な被着が困難となり、かつ分離
水素の純度も低下することになり、一方50μmを超え
ると、水素の透過速度が遅くなり過ぎて実用的ではな
い。
The total thickness of the palladium alloy film 12 is 1 to 50.
μm, preferably 5 to 30 μm. If the total thickness of the palladium alloy film 12 is less than 1 μm, pinholes are likely to occur in the alloy film 12, normal deposition becomes difficult, and the purity of the separated hydrogen decreases, while if it exceeds 50 μm, the hydrogen The transmission speed is too slow to be practical.

【0015】また、金属板13の材質としては、ステン
レス、ニッケル、銅合金、ニッケル基合金、鉄−ニッケ
ル合金などの金属が挙げられる。パラジウム合金膜12
に、金属板13を積層することにより、パラジウム合金
膜12の剥離を防ぎ、水素分離膜としての耐久性が向上
するとともに、膜強度を増大させることができる。金属
板13のエッチングには、金属支持体11のエッチング
に用いたと同様のフィルムマスクを用い、露光したの
ち、両面からエッチングを行う。エッチングにより、穿
孔された細孔Iには、金属支持体11と同様のピッチで
穿孔され、かつ両面からエッチングを行うことにより、
金属支持体11に穿孔された孔径より大きな孔径とな
る。金属板13の厚みは、通常、10〜500μm、好
ましくは50〜200μm程度である。
Examples of the material of the metal plate 13 include metals such as stainless steel, nickel, copper alloys, nickel-base alloys and iron-nickel alloys. Palladium alloy film 12
In addition, by laminating the metal plate 13, the peeling of the palladium alloy membrane 12 can be prevented, the durability as the hydrogen separation membrane can be improved, and the membrane strength can be increased. For etching the metal plate 13, the same film mask as that used for etching the metal support 11 is used, and after exposure, etching is performed from both sides. The pores I perforated by etching are perforated at the same pitch as the metal support 11, and by performing etching from both sides,
The hole diameter is larger than the hole diameter formed in the metal support 11. The thickness of the metal plate 13 is usually 10 to 500 μm, preferably 50 to 200 μm.

【0016】細孔を多数穿孔された金属板13に、必要
に応じて、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、銅ま
たはこれらの合金の金属薄膜を電気メッキ法により、厚
さ0.01〜1μm、好ましくは0.05〜0.1μm
程度メッキを施す。これにより、被処理ガス中の炭化水
素、アルコール類などの分解または改質により生成した
ガスからの水素分離において、炭素を析出することな
く、安定した性能を得ることができる。水素分離の対象
となる被処理ガス中に、炭化水素、炭酸ガス、一酸化炭
素などの炭素化合物を含まない場合、または450℃以
下程度の比較的温度の低い条件では、ステンレスなどの
金属板13のままで、金属薄膜のメッキは不要である。
If necessary, a metal thin film of gold, silver, platinum, palladium, rhodium, copper or their alloys is electroplated on a metal plate 13 having a large number of pores to a thickness of 0.01 to 0.01. 1 μm, preferably 0.05-0.1 μm
Apply a degree of plating. This makes it possible to obtain stable performance in the separation of hydrogen from a gas produced by decomposing or reforming hydrocarbons, alcohols, etc. in the gas to be treated without depositing carbon. The metal plate 13 made of stainless steel or the like is used when the gas to be treated for hydrogen separation does not contain a carbon compound such as hydrocarbon, carbon dioxide, or carbon monoxide, or under a relatively low temperature of about 450 ° C. or lower. As it is, plating of the metal thin film is unnecessary.

【0017】次に、本発明の水素分離膜の製造方法を、
前記図1を参照して説明する。まず、第1工程では、前
記金属支持体11の片面11aにパラジウムと他の金属
の薄膜をそれぞれ電気メッキ法により交互積層する。
Next, the method for producing the hydrogen separation membrane of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG. First, in the first step, thin films of palladium and another metal are alternately laminated on one surface 11a of the metal support 11 by electroplating.

【0018】すなわち、例えばまず電気メッキが施され
た金属支持体11の片面11aに、さらに電気メッキ法
でパラジウムおよび他の金属を交互に積層被着させる。
この電気メッキ法では、慣用されている電気メッキ装置
が用いられる。パラジウムの薄膜をメッキする場合に
は、電気メッキ液としてパラジウム塩と電解質が溶解し
た水溶液が用いられ、該電気メッキ液が充填された電解
槽内にマイナス側に接続された金属支持体11の片面1
1aと、プラス側に接続された白金板とを浸漬して直流
電源を通電することにより被着・形成される。この電気
メッキ液の一例としては、例えば次のようなものが挙げ
られるが、この組成に限定されるものではなく、電気メ
ッキ法によってパラジウム膜または他の金属膜が積層被
着される組成であれば特に限定されない。
That is, for example, first, palladium and another metal are alternately laminated and deposited by electroplating on one surface 11a of the electroplated metal support 11.
In this electroplating method, a commonly used electroplating apparatus is used. When plating a thin film of palladium, an aqueous solution in which a palladium salt and an electrolyte are dissolved is used as the electroplating solution, and one side of the metal support 11 is connected to the minus side in the electrolytic bath filled with the electroplating solution. 1
It is deposited and formed by immersing 1a and a platinum plate connected to the positive side and energizing a DC power supply. Examples of this electroplating solution include, for example, the following, but are not limited to this composition, and may be a composition in which a palladium film or another metal film is laminated and deposited by an electroplating method. There is no particular limitation.

【0019】Pd膜用; 〔Pd(NH3 4 〕Cl2 ・2H2 O;30g/l、
NH4 Cl;60g/l、 Ag膜用; AgCN;36g/l、KCN;60g/l、K2 CO
3 ;15g/l Ni膜用; NiSO4 ;240g/l、NiCl2 ;45g/l、
3 BO3 ;30g/l
For Pd film; [Pd (NH 3 ) 4 ] Cl 2 .2H 2 O; 30 g / l,
NH 4 Cl; 60 g / l, for Ag film; AgCN; 36 g / l, KCN; 60 g / l, K 2 CO
3 ; 15 g / l for Ni film; NiSO 4 ; 240 g / l, NiCl 2 ; 45 g / l,
H 3 BO 3 ; 30 g / l

【0020】Co膜用; CoSO4 ;300g/l、NH4 Cl;20g/l、
3 BO3 ;15g/l、 Cu膜用; CuSO4 ・5H2 O;250g/l、H2 SO4 ;7
5g/l
For Co film; CoSO 4 ; 300 g / l, NH 4 Cl; 20 g / l,
H 3 BO 3 ; 15 g / l, for Cu film; CuSO 4 .5H 2 O; 250 g / l, H 2 SO 4 ; 7
5 g / l

【0021】この電気メッキ法による電流密度は、電気
メッキ液の性状によっても異なるが、0.1〜3A/d
2 である。また、薄膜(パラジウム膜および他の金属
膜)の総厚は、電気メッキ時間を可変にすることにより
前記の所定の膜厚とすることができる。
The current density according to this electroplating method varies depending on the properties of the electroplating solution, but is 0.1-3 A / d.
m 2 . Further, the total thickness of the thin films (palladium film and other metal film) can be set to the above-mentioned predetermined film thickness by making the electroplating time variable.

【0022】なお、パラジウム合金膜12は、パラジウ
ムと他の金属との交互積層のほかに、例えばまず無電解
メッキ法によりパラジウム薄膜を形成させ、この薄膜の
上に合金化金属の薄膜を積層被着させてもよく、あるい
は逆の工程で被着してもよく、さらには含浸法、吸着
法、イオン交換法、真空蒸着法(PVD)、気相化学反
応法(CVD)などの利用も可能である。
The palladium alloy film 12 is formed by forming a palladium thin film by, for example, an electroless plating method in addition to alternately laminating palladium and another metal, and laminating a thin film of an alloyed metal on the thin film. It may be deposited or may be deposited in the reverse process, and it is also possible to use the impregnation method, adsorption method, ion exchange method, vacuum deposition method (PVD), vapor phase chemical reaction method (CVD), etc. Is.

【0023】次に、第2工程では、第1工程で得られる
金属支持体11の他方の片面11bにエッチング法によ
り細孔を穿孔する。この場合、金属支持体11の他方の
片面11bをエッチングする方法としては、例えばこの
片面11bに図示しないネガ型レジストをディップ引き
上げなどで塗布し、ベーキング後、細孔hに相当するパ
ターンが形成された図示しないマスクを介して紫外線な
どの光を照射し、現像後、ポストベークし、さらにエッ
チングし、残存するレジスト皮膜を除去することによっ
て実施される。
Next, in the second step, fine holes are formed in the other surface 11b of the metal support 11 obtained in the first step by an etching method. In this case, as a method of etching the other surface 11b of the metal support 11, for example, a negative resist (not shown) is applied to the one surface 11b by dip pulling up, and after baking, a pattern corresponding to the pores h is formed. It is carried out by irradiating light such as ultraviolet rays through a mask (not shown), post-baking after development, and further etching to remove the remaining resist film.

【0024】すなわち、レジストを塗布するに先立ち、
金属支持体11へのレジストの密着性を確保するため
に、前処理として例えば70℃、10重量%水酸化ナト
リウム水溶液でのアルカリ洗浄と水洗、中和、水洗、乾
燥を行い、レジスト塗布面の清浄化を行う。使用するレ
ジストは、カゼインタイプ、PVAタイプなどの水溶性
タイプ、およびアクリルポリマー系の溶剤溶解性タイプ
のいずれかのネガタイプレジストが使用可能であるが、
本発明では、ネガタイプアクリルポリマー〔東京応化工
業(株)製、PMER−N40DP〕を使用した。この
レジストを、前述の洗浄化した金属支持体11へ塗布す
る方法としては、ロールコート法、スピンコート法、デ
ィップ引き上げコート法などにより塗布するが、ディッ
プ引き上げ法が好適である。
That is, prior to applying the resist,
In order to ensure the adhesiveness of the resist to the metal support 11, as a pretreatment, for example, alkali washing with 10% by weight sodium hydroxide aqueous solution at 70 ° C., water washing, neutralization, water washing, and drying are performed to remove the resist coating surface. Clean it. The resist to be used can be a casein type, a water-soluble type such as PVA type, or a negative type resist of an acrylic polymer-based solvent-soluble type,
In the present invention, a negative type acrylic polymer [PMER-N40DP, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.] was used. As a method for applying the resist to the cleaned metal support 11 described above, a roll coating method, a spin coating method, a dip lifting coating method or the like is applied, and the dip lifting method is preferable.

【0025】塗布する厚みは、レジスト粘度、引き上げ
スピードで決定されるが、露光時の解像度の面からは、
15μm以下が好ましく、エッチング時の耐酸性、レジ
スト皮膜の強度保持の点からは、3μm以上が好まし
い。従って、乾燥膜厚が3〜15μmの範囲となるよう
に引き上げスピードを決定すればよい。塗布するレジス
トには、例えばアクリル系ポリマーを主体とした固形分
濃度30重量%、トルエンなどを主体とした溶剤分70
重量%を含有するものを用いた場合には、露光に先立っ
て70℃温風中で10分以上乾燥を行い、溶剤分を乾燥
除去する。このように、金属支持体11にコートされた
レジスト皮膜の支持体側にあらかじめ作画された細孔部
のパターンが画像形成されたフィルムマスクを密着さ
せ、超高圧水銀灯により発生させた波長375nm前後
の紫外線を60〜70秒(照射量=300〜350m
J)照射する。
The thickness to be applied is determined by the resist viscosity and pulling speed, but from the viewpoint of resolution during exposure,
The thickness is preferably 15 μm or less, and more preferably 3 μm or more from the viewpoint of acid resistance during etching and maintaining the strength of the resist film. Therefore, the pulling speed may be determined so that the dry film thickness is in the range of 3 to 15 μm. The resist to be applied is, for example, a solid content concentration of 30% by weight mainly composed of an acrylic polymer and a solvent content 70 mainly composed of toluene.
In the case of using the one containing wt%, it is dried in hot air at 70 ° C. for 10 minutes or more prior to the exposure, and the solvent component is dried and removed. In this way, a film mask on which the pattern of the preformed pores is imaged is brought into close contact with the support side of the resist film coated on the metal support 11, and ultraviolet rays having a wavelength of about 375 nm generated by an ultra-high pressure mercury lamp are attached. For 60 to 70 seconds (irradiation amount = 300 to 350 m
J) Irradiate.

【0026】露光工程で金属支持体11側のレジスト面
に画像形成された細孔パターン部は、次の現像工程によ
りエッチング穿孔部のみ(未露光部分)、レジストが溶
解除去され、金属面が露出される。この現像の条件とし
ては、例えばアルカリ系の専用薬液〔東京応化工業
(株)製、N−A5〕により、25±2.5℃で行う。
この現像工程により、開孔すべき孔のパターンが形成さ
れたレジスト皮膜は、エッチング工程に先立ち、膜の耐
酸強度、塗膜密着性、塗膜強度をさらにに向上させるた
め、ポストベークを行う。このポストベークの熱源は、
熱風あるいは遠紫外線輻射など、いずれでも構わない
が、温度は100〜120℃で15〜30分行う。10
0℃未満では熱重合が不充分で、充分な塗膜性能が得ら
れず、一方120℃を超えると膜が脆くなる。
In the fine hole pattern portion image-formed on the resist surface on the metal support 11 side in the exposure step, the resist is dissolved and removed only in the etching perforation portion (unexposed portion) in the next development step, and the metal surface is exposed. To be done. The conditions of this development are, for example, at 25 ± 2.5 ° C. with an alkaline special chemical solution [N-A5 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.].
The resist film on which a pattern of holes to be opened is formed by this developing step is post-baked prior to the etching step in order to further improve the acid resistance strength, coating adhesion and coating strength of the film. The heat source of this post bake is
Either hot air or far-ultraviolet radiation may be used, but the temperature is 100 to 120 ° C. for 15 to 30 minutes. 10
If it is lower than 0 ° C, thermal polymerization is insufficient and sufficient coating performance cannot be obtained, while if it exceeds 120 ° C, the film becomes brittle.

【0027】以降、エッチング工程に入るが、エッチン
グ液は、通常、42〜47°Be(ボーメ)の塩化第2
鉄水溶液をスプレーにて対象物面に吹きつけて行う。こ
の場合、量産性の面から、水平搬送方式による上下スプ
レー吹きつけで行うとよい。液温度は、45〜65℃の
間で行う。エッチング速度のコントロールは、搬送スピ
ードで決定する。なお、エッチング条件の安定化を図
り、精度をコントロールするため、水や塩酸を用い、比
重、pH値の制御も併せて行う。このエッチングによ
り、片面より穿孔された金属支持体11は、水洗による
エッチング液の洗浄後、マスキングのために用いたレジ
スト皮膜の残分を表面より剥離後、充分に洗浄を行い、
製品となる。この剥離液は、通常、5〜10重量%の水
酸化ナトリウム水溶液を、50〜70℃に加温した液に
浸漬し、レジスト皮膜を膨潤剥離により除去する。
After that, the etching process is started, but the etching solution is usually a second chloride of 42 to 47 ° Be (Baume).
The iron solution is sprayed onto the surface of the object. In this case, from the viewpoint of mass productivity, it is preferable to spray by vertical spraying by a horizontal transfer method. The liquid temperature is between 45 and 65 ° C. The control of the etching rate is determined by the transport speed. In order to stabilize the etching conditions and control the accuracy, water and hydrochloric acid are used, and the specific gravity and pH value are also controlled. By this etching, the metal support 11 perforated from one side is washed thoroughly with water after washing the etching solution with water and peeling off the residue of the resist film used for masking from the surface.
Become a product. This stripping solution is usually prepared by immersing an aqueous solution of 5 to 10% by weight of sodium hydroxide in a solution heated to 50 to 70 ° C. to remove the resist film by swelling and stripping.

【0028】この第2工程によって、図1(B)に示す
ように金属支持体11の他方の片面11b側から貫通孔
である細孔hが多数穿孔される。なお、図1(B)にお
いて、符号wは、パラジウム合金膜12と金属支持体1
1の最短接点距離であり、この距離は、通常、100〜
1,000μm程度である。また、このエッチング工程
は、第1工程で得られるパラジウムと他の金属薄膜層を
熱処理し、合金化したのち、エッチング処理を行っても
よい。
By this second step, as shown in FIG. 1B, a large number of fine holes h, which are through holes, are punched from the other one surface 11b side of the metal support 11. In addition, in FIG. 1B, the symbol w indicates the palladium alloy film 12 and the metal support 1.
1 is the shortest contact distance, which is usually 100-
It is about 1,000 μm. In this etching step, the palladium obtained in the first step and another metal thin film layer may be heat-treated and alloyed, and then the etching treatment may be performed.

【0029】さらに、第3工程では、前記第2工程で得
られる金属支持体のパラジウムと他の金属薄膜層を50
0〜900℃で熱処理し合金化する。前記第1工程で被
着された薄膜は、パラジウムと他の金属とが積層した膜
であり、合金化したパラジウム合金膜とするには、第2
工程で得られた水素分離膜10を電気炉などで加熱処理
することにより、金属どうしを相互拡散させて形成す
る。加熱処理温度は、500〜900℃、好ましくは6
00〜800℃であり、500℃未満では金属どうしの
相互拡散が起こらず、一方900℃を超えると、金属支
持体11からの拡散混合が無視できないほど多くなり、
また熱処理中にメッキ層が溶融して空隙を生じ、膜とし
ての機能を害する可能性があるため好ましくない。ま
た、この加熱処理時間は、0.1〜10時間が好まし
い。なお、第3工程である合金化は、第1工程で得られ
るパラジウムと他の金属薄膜層とを、まず熱処理して合
金化したのち、エッチング処理することも可能である。
Further, in the third step, the palladium of the metal support obtained in the second step and another metal thin film layer are mixed with each other.
It heat-processes at 0-900 degreeC and alloys. The thin film deposited in the first step is a film in which palladium and another metal are laminated. To form an alloyed palladium alloy film, the second film is used.
The hydrogen separation membrane 10 obtained in the step is heat-treated in an electric furnace or the like to form metals by mutual diffusion. The heat treatment temperature is 500 to 900 ° C., preferably 6
When the temperature is from 00 to 800 ° C. and the temperature is lower than 500 ° C., mutual diffusion of metals does not occur. On the other hand, when the temperature is higher than 900 ° C., diffusion mixing from the metal support 11 is too large to be ignored,
In addition, the plating layer may melt during the heat treatment to form voids, which may impair the function of the film, which is not preferable. The heat treatment time is preferably 0.1 to 10 hours. In the alloying of the third step, the palladium obtained in the first step and the other metal thin film layer may be first heat-treated for alloying and then etched.

【0030】第4工程では、別途用意された金属板13
の両面にエッチング法により細孔を多数穿孔する。エッ
チング工程でエッチング液に両面から吹きつけて行う以
外は、第2工程と同様である。
In the fourth step, a metal plate 13 prepared separately is used.
A large number of pores are perforated on both surfaces by the etching method. It is the same as the second step except that the etching solution is sprayed from both sides in the etching step.

【0031】第5工程は、第4工程で得られた金属板の
表面を、さらに必要に応じて、電気メッキ法により金、
銀、白金、パラジウム、ロジウム、銅またはこれらの合
金からなる金属薄膜を被着させるものである。この電気
メッキ液の一例としては、例えば次のようなものが挙げ
られるが、この組成に限定されるものではなく、これら
の金属が被着される組成であれば、特に限定されない。
In the fifth step, the surface of the metal plate obtained in the fourth step is further subjected to gold plating by electroplating, if necessary.
A thin metal film made of silver, platinum, palladium, rhodium, copper or an alloy thereof is deposited. Examples of this electroplating solution include, for example, the following, but are not limited to this composition and are not particularly limited as long as they are compositions to which these metals are deposited.

【0032】Au用; Au(CN)2 ;6〜18g/l、KCN;30g/
l、K2 CO3 ;30g/l、第2リン酸カリウム;3
0g/l Pd用; 〔Pd(NH3 4 〕Cl2 ・2H2 O;30g/l、
NH4 Cl;60g/l、
For Au; Au (CN) 2 ; 6-18 g / l, KCN; 30 g /
1, K 2 CO 3 ; 30 g / l, dibasic potassium phosphate; 3
0 g / l for Pd; [Pd (NH 3 ) 4 ] Cl 2 .2H 2 O; 30 g / l,
NH 4 Cl; 60 g / l,

【0033】Ag用; AgCN;36g/l、KCN;60g/l、K2 CO
3 ;15g/l Cu用; CuSO4 ・5H2 O;250g/l、H2 SO4 ;7
5g/l Rh用; 金属ロジウム(硫酸塩またはリン酸塩として)1〜4g
/l、リン酸;40〜80g/l
For Ag; AgCN; 36 g / l, KCN; 60 g / l, K 2 CO
3 ; 15 g / l for Cu; CuSO 4 .5H 2 O; 250 g / l, H 2 SO 4 ; 7
For 5g / l Rh; Metal rhodium (as sulfate or phosphate) 1-4g
/ L, phosphoric acid; 40-80 g / l

【0034】この電気メッキ法による電流密度は、電気
メッキ液の性状によっても異なるが、0.1〜3A/d
2 である。また、この金属薄膜の総厚は、電気メッキ
時間を可変にすることにより前記の所定の膜厚とするこ
とができる。
The current density according to this electroplating method varies depending on the properties of the electroplating solution, but is 0.1-3 A / d.
m 2 . Further, the total thickness of the metal thin film can be set to the above-mentioned predetermined thickness by changing the electroplating time.

【0035】第6工程では、第3工程で得られる金属支
持体11上のパラジウム合金膜12に、第4工程または
第5工程で得られる金属板13を、図1(C)に示すよ
うにレーザー熔接などの方法で積層する。この際、金属
板13を通り、パラジウム合金膜12へ拡散した水素の
透過が容易であるように、金属支持体11の細孔Iが金
属板13の細孔hと中心が少なくともほぼ同一に位置に
くるように積層する必要がある。
In the sixth step, the palladium alloy film 12 on the metal support 11 obtained in the third step is provided with the metal plate 13 obtained in the fourth step or the fifth step, as shown in FIG. 1 (C). Laminate by a method such as laser welding. At this time, the pores I of the metal support 11 are positioned at least at substantially the same centers as the pores h of the metal plate 13 so that the hydrogen diffused through the metal plate 13 into the palladium alloy film 12 can be easily transmitted. It is necessary to stack so that

【0036】金属支持体11上のパラジウム合金膜12
に、第4工程または第5工程で得られる金属板13を積
層する一例を図2に示す。まず、図2(A)に示すよう
に、金属支持体11上のパラジウム合金膜12をステン
レス材などの枠14にレーザー熔接などで熔接する。一
方、両面エッチングされた金属板13は、ステンレス材
などの枠14′に、図2(B)に示すように図2(A)
と同様の方法で熔接する。これらを、図2(C)に示す
ように、枠14、14′の部分で熔接し、水素分離膜1
0を形成させる。
Palladium alloy film 12 on metal support 11
2 shows an example of stacking the metal plates 13 obtained in the fourth step or the fifth step. First, as shown in FIG. 2A, the palladium alloy film 12 on the metal support 11 is welded to a frame 14 such as a stainless material by laser welding or the like. On the other hand, the metal plate 13 which has been etched on both sides is provided on a frame 14 'made of stainless steel or the like as shown in FIG. 2 (A).
Weld in the same manner as. As shown in FIG. 2 (C), these are welded at the portions of the frames 14 and 14 'to form the hydrogen separation membrane 1
0 is formed.

【0037】次に、この水素分離膜10を用いた水素分
離方法の一例を図3を用いて説明する。ここで、図3
は、本発明の水素分離膜10を用いた水素分離方法の工
程概略図である。図3において、セパレータSは、本発
明の水素分離膜10を組み込んだ水素分離機20とこれ
を覆う加熱器30から構成されている。ここで、水素分
離膜10は、水素分離機20内において、金属支持体1
1が下方、パラジウム合金膜12が中間、金属板13が
上方になるように水平配置されている。このセパレータ
Sを用いて水素を含有する原料ガスから水素ガスを分離
するには、原料ガスG1を水素分離機20の上部21に
導入する。原料ガスG1中の水素ガスは、水素分離膜1
0のパラジウム合金膜12を透過し、透過ガスHとして
取り出される。一方、原料ガスG1から水素ガスが分離
された非透過ガスG2は、水素分離機10の上方より系
外へ取り出される。
Next, an example of the hydrogen separation method using the hydrogen separation membrane 10 will be described with reference to FIG. Here, FIG.
FIG. 3 is a process schematic view of a hydrogen separation method using the hydrogen separation membrane 10 of the present invention. In FIG. 3, the separator S is composed of a hydrogen separator 20 incorporating the hydrogen separation membrane 10 of the present invention and a heater 30 covering the hydrogen separator 20. Here, the hydrogen separation membrane 10 is the metal support 1 in the hydrogen separator 20.
1 is located below, the palladium alloy film 12 is located in the middle, and the metal plate 13 is located above. In order to separate the hydrogen gas from the raw material gas containing hydrogen using this separator S, the raw material gas G1 is introduced into the upper portion 21 of the hydrogen separator 20. Hydrogen gas in the source gas G1 is the hydrogen separation membrane 1
It passes through the palladium alloy film 12 of 0 and is taken out as the permeating gas H. On the other hand, the non-permeable gas G2 obtained by separating the hydrogen gas from the raw material gas G1 is taken out of the system from above the hydrogen separator 10.

【0038】なお、この水素分離の条件は、温度が常温
〜600℃、水素分離機20の上部21の圧力が常圧以
上であり、透過側と圧力差があればよい。
The conditions for this hydrogen separation are that the temperature is room temperature to 600 ° C., the pressure in the upper portion 21 of the hydrogen separator 20 is normal pressure or higher, and there is a pressure difference from the permeate side.

【0039】[0039]

【作用】本発明の水素分離膜は、所定の孔径の細孔が多
数穿孔された金属支持体および金属板によりパラジウム
合金膜が両面から支持されているため、シール性が良好
で、かつ耐熱性、機械的強度に優れ、高純度の水素の回
収が可能であり、高温においても分離性能に優れ、さら
に加工性も良好であり、製造コストが低い。また、本発
明の水素分離膜の製造方法においては、まず金属支持体
の片面に電気メッキ法によりパラジウムと他の金属層を
交互積層し、他方の面からエッチング法により細孔を多
数穿孔し、さらに熱処理することによってパラジウムお
よびパラジウム以外の他の金属を相互に拡散させてパラ
ジウム合金層を形成させるものであり、これに両面エッ
チングにより細孔を穿孔し、さらに必要に応じて特定の
金属薄膜が被着されたた金属板を積層するという、比較
的簡単な工程によって水素分離能に優れた分離膜を安価
に製造することができる。
The hydrogen separation membrane of the present invention has a good sealability and heat resistance because the palladium alloy membrane is supported from both sides by the metal support and the metal plate in which a large number of pores of a predetermined pore size are perforated. In addition, it has excellent mechanical strength, can collect high-purity hydrogen, has excellent separation performance even at high temperatures, has good processability, and has a low manufacturing cost. In the method for producing a hydrogen separation membrane of the present invention, first, palladium and another metal layer are alternately laminated on one surface of the metal support by an electroplating method, and a large number of pores are punched from the other surface by an etching method, By further heat treatment, palladium and other metals other than palladium are mutually diffused to form a palladium alloy layer, in which pores are perforated by double-sided etching, and if necessary, a specific metal thin film is formed. It is possible to inexpensively manufacture a separation membrane having an excellent hydrogen separation ability by a relatively simple process of laminating deposited metal plates.

【0040】[0040]

【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体
的に説明する。 実施例1パラジウム合金膜が被着された金属支持体の製造 厚さ200μmのステンレス(SUS316)の片面
に、パラジウムと銀を交互に電気メッキした。メッキ浴
組成は、下記に示すものを用いた。なお、浴温は30
℃、電流密度はパラジウムメッキのときは1A/d
2 、銀メッキのときは0.5A/dm2 で行った。メ
ッキの総厚は30μmとし、重量比でパラジウム:銀=
80:20になるように多層メッキした。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. Example 1 Production of Metal Support Coated with Palladium Alloy Film One side of 200 μm thick stainless steel (SUS316) was electroplated with palladium and silver alternately. The plating bath composition used was as shown below. The bath temperature is 30
℃, current density is 1A / d for palladium plating
m 2 and 0.5 A / dm 2 for silver plating. The total thickness of the plating is 30 μm, and the weight ratio is palladium: silver =
Multi-layer plating was performed so that the ratio was 80:20.

【0041】〔パラジウムメッキ浴組成〕 Pd(NH3 4 Cl2 ・・・・・30g/kg NH4 Cl ・・・・・60g/kg H2 O ・・・・・Bal pH ・・・・・9〜9.5 〔銀メッキ浴組成〕 AgCN ・・・・・36g/kg KCN ・・・・・60g/kg K2 CO3 ・・・・・15g/kg[Palladium plating bath composition] Pd (NH 3 ) 4 Cl 2・ ・ ・ 30 g / kg NH 4 Cl ・ ・ ・ ・ ・ 60 g / kg H 2 O ・ ・ ・ Bal pH ・ ・ ・・ 9-9.5 [Silver plating bath composition] AgCN ・ ・ ・ ・ ・ 36 g / kg KCN ・ ・ ・ ・ ・ 60 g / kg K 2 CO 3・ ・ ・ ・ ・ 15 g / kg

【0042】次に、エッチング処理は、メッキされた材
料を前処理洗浄し、以下の条件で実施した。 〔レジスト塗布条件〕 レジスト種類;ネガタイプアクリルポリマー〔東京応化
工業(株)製、PMER−N40DP〕 塗布厚;7μm 〔露光条件〕 紫外線波長;375nm 照射量;450mJ 〔エッチング条件〕 エッチング液;塩化第2鉄水溶液(45°Be、48
℃) なお、このエッチング処理では、細孔hの孔径dが10
0μm、メッキと金属支持体の最短接点距離wが500
μmになるように実施した。
Next, the etching treatment was carried out under the following conditions by pre-cleaning the plated material. [Resist coating conditions] Type of resist: Negative type acrylic polymer [PMER-N40DP manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.] Coating thickness: 7 μm [Exposure conditions] Ultraviolet wavelength: 375 nm Irradiation amount: 450 mJ [Etching conditions] Etching solution: Chloride chloride Aqueous iron solution (45 ° Be, 48
In this etching process, the hole diameter d of the small holes h is 10
0 μm, the shortest contact distance w between the plating and the metal support is 500
It carried out so that it might become (micrometer).

【0043】両面に細孔が多数穿孔された金属材の製造 次に、厚さ200μmのステンレス(SUS316)材
を前処理洗浄し、以下の条件で両面エッチングした。 〔レジスト塗布条件〕 レジスト種類;ネガタイプアクリルポリマー〔東京応化
工業(株)製、PMER−N40DP〕 塗布厚;7μm 〔露光条件〕 紫外線波長;375nm 照射量;450mJ
Production of Metal Material Having Many Pores on Both Sides Next, a stainless steel (SUS316) material having a thickness of 200 μm was pretreated and washed, and both sides were etched under the following conditions. [Resist coating condition] Resist type: Negative type acrylic polymer [PMER-N40DP manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.] Coating thickness: 7 μm [Exposure condition] Ultraviolet wavelength: 375 nm Irradiation amount: 450 mJ

【0044】〔エッチング条件〕 エッチング液;塩化第2鉄水溶液(45°Be、48
℃) なお、このエッチング処理では、金属板の中央の孔径が
200μmになるように、両面からエッチング液を吹き
つけて行った。 〔メッキ条件〕 メッキ液;銀メッキ浴組成 AgCN ・・・・・36g/kg KCN ・・・・・60g/kg K2 CO3 ・・・・・15g/kg なお、浴湯は30℃、電流密度は0.5A/dm2 で、
メッキ厚が0.1μmになるように行った。
[Etching conditions] Etching solution: ferric chloride aqueous solution (45 ° Be, 48
In this etching process, the etching solution was sprayed from both sides so that the central hole diameter of the metal plate was 200 μm. [Plating conditions] Plating solution; silver plating bath composition AgCN ・ ・ ・ ・ ・ 36 g / kg KCN ・ ・ ・ ・ ・ 60 g / kg K 2 CO 3・ ・ ・ ・ ・ 15 g / kg In addition, the bath water is 30 ° C., current The density is 0.5 A / dm 2 ,
The plating was performed so that the thickness was 0.1 μm.

【0045】水素分離膜の製造 前記で得られたパラジウム合金膜がメッキされた金属支
持体と前記金属板とをレーザー熔接で合体し、水素分離
膜とした。
Production of Hydrogen Separation Membrane The metal support on which the palladium alloy membrane obtained above was plated was joined to the metal plate by laser welding to obtain a hydrogen separation membrane.

【0046】水素分離実験 前記で得られた水素分離膜10を図3に示す水素分離機
20に装着し、この工程に原料ガスG1として混合ガス
(水素74容量%、CO1容量%、CH4 1容量%、C
2 24容量%)を流した。透過ガス(水素ガス)およ
び非透過ガスは、別々にガスメータM1、M2で流量を
測定するとともに、ガスクロマトグラフGCに導入して
ガス組成の分析を行った。
Hydrogen Separation Experiment The hydrogen separation membrane 10 obtained above was mounted on the hydrogen separator 20 shown in FIG. 3, and in this step, a mixed gas (74% by volume of hydrogen, 1% by volume of CO, CH 4 1) was used as a raw material gas G1. Capacity%, C
O 2 24% by volume). The permeated gas (hydrogen gas) and the non-permeated gas were separately measured in flow rate by the gas meters M1 and M2, and were introduced into the gas chromatograph GC to analyze the gas composition.

【0047】実験条件は、次のとおりである。 温度=400℃ 圧力(水素分離機20の上部21の圧力)=8.0kg
/cm2 ・G 混合ガス流量=1.0Nl/min 出側圧力(水素分離機20の下部22の圧力)=常圧 降昇温繰り返し実験(50〜550℃)
The experimental conditions are as follows. Temperature = 400 ° C. Pressure (pressure in the upper part 21 of the hydrogen separator 20) = 8.0 kg
/ Cm 2 · G mixed gas flow rate = 1.0 Nl / min Outlet pressure (pressure in the lower portion 22 of the hydrogen separator 20) = normal pressure Repeated temperature rising / falling experiment (50 to 550 ° C)

【0048】実験結果は、次のとおりであった。 繰り返し60回後 透過ガス中の水素ガス濃度=99.99% 透過速度=80.0cm3 /cm2 /minThe experimental results were as follows. After repeating 60 times, hydrogen gas concentration in permeated gas = 99.99% Permeation rate = 80.0 cm 3 / cm 2 / min

【0049】比較例1 前記で得られたパラジウム合金膜がメッキされた金属支
持体を、そのまま水素分離膜に供し、実施例1と同様に
して水素分離実験を行った。実験結果は、次のとおりで
あった。 繰り返し60回後 透過ガス中の水素ガス濃度=98.5% 透過速度=80.0cm3 /cm2 /min
Comparative Example 1 The metal support obtained by plating the palladium alloy membrane obtained above was directly used as a hydrogen separation membrane, and a hydrogen separation experiment was conducted in the same manner as in Example 1. The experimental results were as follows. After repeating 60 times, hydrogen gas concentration in permeated gas = 98.5% Permeation rate = 80.0 cm 3 / cm 2 / min

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、細孔が多数穿孔された
金属を支持体としているため、耐熱性、機械的強度に優
れ、高純度の水素の回収が可能であり、かつ高温におい
ても分離性能に優れ、さらに電気メッキによりパラジウ
ムなどの薄膜を形成するので、良好な水素分離膜を短時
間かつ少ない労力で容易に製造することができる。ま
た、両面エッチングを施した金属板を被着した構造を持
ったため、耐熱衝撃に強く、膜の耐久性が優れている。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, since a metal having a large number of pores is used as a support, it has excellent heat resistance and mechanical strength, can collect high-purity hydrogen, and even at high temperatures. Since a thin film of palladium or the like is formed with excellent separation performance by electroplating, a good hydrogen separation membrane can be easily manufactured in a short time with little labor. Further, since it has a structure in which a metal plate subjected to double-sided etching is adhered, it is resistant to thermal shock and the durability of the film is excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】水素分離膜製造工程の一部を示す概略図であ
り、図1(A)は金属支持体の片面にパラジウムと他の
金属薄膜層が被着・形成した状態を説明するための拡大
断面構成図、図1(B)は図1(A)の金属支持体の他
方の片面をエッチング処理し細孔が多数穿孔された状態
を説明するための拡大断面構成図、図1(C)は本発明
の水素分離膜の拡大断面構成図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a part of a hydrogen separation membrane production process, and FIG. 1 (A) is a view for explaining a state in which palladium and another metal thin film layer are deposited and formed on one surface of a metal support. 1B is an enlarged cross-sectional configuration diagram for explaining a state in which a large number of fine holes are formed by etching the other surface of the metal support of FIG. 1A, and FIG. 4) is an enlarged cross-sectional configuration diagram of the hydrogen separation membrane of the present invention.

【図2】水素分離膜製造工程の一部を示す概略図であ
り、図2(A)はパラジウムと他の金属薄膜層が被着・
形成した金属支持体を枠にレーザー溶接する状態を説明
するための断面構成図、図2(B)は金属材を枠レーザ
ー溶接する状態を説明するための断面構成図、図2
(C)は図2(A)と図2(B)を枠の部分でレーザー
溶接し、水素分離膜を形成させる状態を説明するための
断面構成図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a part of a hydrogen separation membrane manufacturing process, and FIG. 2 (A) shows that palladium and another metal thin film layer are deposited / deposited.
FIG. 2B is a cross-sectional configuration diagram for explaining a state in which the formed metal support is laser-welded to a frame, and FIG. 2B is a cross-sectional configuration diagram for describing a state in which a metal material is laser-welded to a frame.
FIG. 2C is a cross-sectional configuration diagram for explaining a state in which FIGS. 2A and 2B are laser-welded at a frame portion to form a hydrogen separation membrane.

【図3】本発明の水素分離膜を用いた水素分離工程の概
略図である。
FIG. 3 is a schematic view of a hydrogen separation process using the hydrogen separation membrane of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 水素分離膜 11 金属支持体 12 パラジウム合金膜 13 金属材 10 Hydrogen Separation Membrane 11 Metal Support 12 Palladium Alloy Membrane 13 Metal Material

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 孔径10〜500μmの細孔がエッチン
グにより多数穿孔された金属支持体の片面に、膜厚1〜
50μmのパラジウムと他の金属からなるパラジウム合
金膜が被着形成され、さらに該パラジウム合金膜の表面
に、エッチングによりあらかじめ両面に細孔が多数穿孔
され、さらに必要に応じて金、銀、白金、パラジウム、
ロジウム、銅またはこれらの合金の薄膜が被着された金
属板を積層させたことを特徴とする水素分離膜。
1. A metal support having a large number of pores having a diameter of 10 to 500 μm perforated by etching has a thickness of 1 to 1 on one side.
A palladium alloy film composed of 50 μm of palladium and another metal is deposited, and a large number of pores are preliminarily formed on both surfaces of the palladium alloy film by etching, and gold, silver, platinum, and palladium,
A hydrogen separation membrane comprising a stack of metal plates coated with a thin film of rhodium, copper or an alloy thereof.
【請求項2】 次の各工程からなる請求項1記載の水素
分離膜の製造方法。 (1)金属支持体の片面にパラジウムと他の金属の薄膜
をそれぞれ電気メッキ法により交互積層する第1工程。 (2)第1工程で得られる金属支持体の他方の片面にエ
ッチング法により細孔を多数穿孔する第2工程。 (3)第2工程で得られる金属支持体のパラジウムと他
の金属薄膜層を500〜900℃で熱処理しパラジウム
合金化する第3工程。 (4)金属板の両面にエッチング法により細孔を多数穿
孔する第4工程。 (5)必要に応じて第4工程で得られる金属板に、金、
銀、白金、パラジウム、ロジウム、銅またはこれらの合
金の薄膜を、電気メッキ法により形成させる第5工程。 (6)第3工程で得られる金属支持体のパラジウム合金
膜の表面に、第4工程または第5工程で得られる金属板
を積層する第6工程。
2. The method for producing a hydrogen separation membrane according to claim 1, comprising the following steps. (1) A first step of alternately laminating thin films of palladium and another metal on one surface of a metal support by electroplating. (2) A second step of forming a large number of pores on the other surface of the metal support obtained in the first step by an etching method. (3) A third step in which the palladium of the metal support obtained in the second step and another metal thin film layer are heat treated at 500 to 900 ° C. to form a palladium alloy. (4) A fourth step of forming a large number of pores on both surfaces of the metal plate by an etching method. (5) If necessary, add gold to the metal plate obtained in the fourth step,
A fifth step of forming a thin film of silver, platinum, palladium, rhodium, copper or an alloy thereof by electroplating. (6) A sixth step of laminating the metal plate obtained in the fourth step or the fifth step on the surface of the palladium alloy film of the metal support obtained in the third step.
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