JPH11114388A - Hydrogen separating material - Google Patents

Hydrogen separating material

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Publication number
JPH11114388A
JPH11114388A JP29485297A JP29485297A JPH11114388A JP H11114388 A JPH11114388 A JP H11114388A JP 29485297 A JP29485297 A JP 29485297A JP 29485297 A JP29485297 A JP 29485297A JP H11114388 A JPH11114388 A JP H11114388A
Authority
JP
Japan
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thin film
film
hydrogen
hydrogen separation
separation material
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Pending
Application number
JP29485297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Fujimoto
健治 藤本
Hideto Koide
秀人 小出
Osamu Nakamura
修 中村
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Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Tonen Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen separating material prepared by forming a thin hydrogen permeable metal film on a porous metal base body. SOLUTION: This hydrogen separating material has a hydrogen permeable metal thin film applied on a porous metal base body with a silica thin film interposed. In this case the hydrogen permeable metal thin film is formed on the porous metal base body with the silica thin film interposed, and further another silica thin film is formed on the metal thin film. Both of the silica thin films have pores having <=10 Å average pore diameter.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は水素を選択的に透過
させる水素分離材料に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen separation material that selectively permeates hydrogen.

【0002】[0002]

【従来の技術】多孔金属質基体を支持体として用い、そ
の上に水素透過性金属膜を形成した構造の水素分離材料
は知られている。このような構造の水素分離材料におい
て、その金属膜の厚さはできるだけ薄い方が好ましく、
その金属膜の厚さを薄くすることで得られる水素分離材
料の水素透過率を高くすることができる。多孔質金属基
体を支持体として用いる場合、その多孔質金属基体の細
孔径は通常、数μm以上と大きいために、その上に形成
する金属膜の厚さを大きくする必要があり、その金属膜
の厚さは、通常、数十μmにすることが必要であった。
従って、このような厚膜の金属膜では、その水素分離性
能は低いものとなった。特開平4−349926号公報
によれば、無機多孔質体の細孔内にシリカゲル、アルミ
ナゲル又はシリカ−アルミナゲルを充填して多孔質基体
の細孔径を小さくし、かつ表面を平滑化させ、その上に
薄膜の金属膜を形成した水素分離材料が提案されてい
る。しかしながら、この水素分離材料の場合、その多孔
質基体の細孔内にゲルを充填しているため、基体中に高
い内部応力を有し、熱サイクルを加えたときに、基体の
破損が生じやすいという問題がある。
2. Description of the Related Art There is known a hydrogen separation material having a structure in which a porous metal substrate is used as a support and a hydrogen permeable metal membrane is formed thereon. In the hydrogen separation material having such a structure, the thickness of the metal film is preferably as thin as possible.
The hydrogen permeability of the hydrogen separation material obtained by reducing the thickness of the metal film can be increased. When a porous metal substrate is used as a support, the pore size of the porous metal substrate is usually as large as several μm or more, so that it is necessary to increase the thickness of a metal film formed thereon. Usually required to be several tens of μm.
Therefore, such a thick metal film has low hydrogen separation performance. According to JP-A-4-349926, silica gel, alumina gel or silica-alumina gel is filled in the pores of the inorganic porous material to reduce the pore diameter of the porous substrate, and to smooth the surface, A hydrogen separation material having a thin metal film formed thereon has been proposed. However, in the case of this hydrogen separation material, since the gel is filled in the pores of the porous substrate, it has a high internal stress in the substrate, and the substrate is easily damaged when a thermal cycle is applied. There is a problem.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、多孔質金属
基体上に薄厚の水素透過性金属膜を形成した水素分離材
料を提供することをその課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a hydrogen separation material having a thin hydrogen-permeable metal membrane formed on a porous metal substrate.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、多孔質金属基体上に
シリカ質薄膜を介して水素透過性金属薄膜を有すること
を特徴とする水素分離材料(第1水素分離材料)が提供
される。また、本発明によれば、多孔質金属基体上にシ
リカ質薄膜を介して水素透過性金属薄膜を有し、該金属
薄膜上にさらにシリカ質薄膜を有し、該シリカ質薄膜は
いずれも平均細孔直径10Å以下の細孔を含有すること
を特徴とする水素分離材料(第2水素分離材料)が提供
される。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have completed the present invention. That is, according to the present invention, there is provided a hydrogen separation material (first hydrogen separation material) having a hydrogen permeable metal thin film on a porous metal substrate via a silica thin film. Further, according to the present invention, a porous metal substrate has a hydrogen-permeable metal thin film via a siliceous thin film, and further has a siliceous thin film on the metal thin film. A hydrogen separation material (second hydrogen separation material) characterized by containing pores having a pore diameter of 10 ° or less is provided.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】本発明において用いる多孔質金属
基体は、従来公知のものであり、このような多孔質金属
基体には、多孔質ステンレス、多孔質ニッケル等の金属
多孔質体の他、多数の微細透孔を穿設した金属、金属微
粒子焼結体等が挙げられる。多孔質金属基体の形状に
は、シート状、板体状、管状、容器状等の各種の形状が
包含される。多孔質金属基体の形状は、水素分離材料の
用途に応じて適宜の形状が選択される。本発明で用いる
多孔質金属基体において、その平均細孔直径は、1〜1
00μm、好ましくは1〜5μmである。その空孔率は
特に制約されないが、通常、20〜50%、好ましくは
30〜40%である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The porous metal substrate used in the present invention is conventionally known. Such a porous metal substrate includes a porous metal such as porous stainless steel and porous nickel, and the like. Metals having a large number of fine through-holes, sintered metal fine particles, and the like can be given. The shape of the porous metal substrate includes various shapes such as a sheet shape, a plate shape, a tubular shape, and a container shape. The shape of the porous metal substrate is appropriately selected depending on the use of the hydrogen separation material. In the porous metal substrate used in the present invention, the average pore diameter is 1 to 1
00 μm, preferably 1 to 5 μm. The porosity is not particularly limited, but is usually 20 to 50%, preferably 30 to 40%.

【0006】本発明の第1水素分離材料は、多孔質金属
基体の片面又は両面に対し、シリカ質薄膜を形成し、そ
の上に水素透過性金属薄膜を形成した構造を有する。こ
の場合のシリカ質薄膜は多孔質構造を有し、その平均細
孔直径は10Å以下、好ましくは7Å以下であり、その
下限は、通常、2Åである。また、その空孔率は20〜
50%、好ましくは30〜40%である。また、そのシ
リカ質薄膜の厚さは10μm以下、好ましくは5μm以
下であり、その下限値は0.1μm程度である。本発明
の場合、1〜2μmの範囲の薄膜に規定することが好ま
しい。
The first hydrogen separation material of the present invention has a structure in which a siliceous thin film is formed on one or both surfaces of a porous metal substrate, and a hydrogen-permeable metal thin film is formed thereon. In this case, the siliceous thin film has a porous structure, and the average pore diameter is 10 ° or less, preferably 7 ° or less, and the lower limit is usually 2 °. The porosity is 20 to
It is 50%, preferably 30 to 40%. The thickness of the silica thin film is 10 μm or less, preferably 5 μm or less, and its lower limit is about 0.1 μm. In the case of the present invention, it is preferable to define the thickness of the thin film in the range of 1 to 2 μm.

【0007】本発明で多孔質金属基体上に形成する前記
シリカ質薄膜は、SiO結合からなるか又はSiO結合
の他に、SiH結合及びSiN結合を含有していてもよ
い。この場合、シリカ質薄膜中に含まれるSiO結合の
割合は、そのシリカ質薄膜に含まれている全ケイ素(S
i)原子数に対するSiO結合を形成しているSi原子
数の割合で、65〜99.5原子%、好ましくは95〜
99原子%である。SiO結合の割合が前記範囲よりも
少なくなると、そのシリカ質薄膜の耐熱性や安定性が悪
くなる。シリカ質薄膜中にSiH結合が含まれる場合、
そのSiH結合の割合は、そのシリカ質薄膜に含まれて
いる全Si原子数に対するSiH結合を形成しているS
i原子数の割合で、30原子%以下、好ましくは5原子
%以下の範囲にするのがよい。その下限値は0.5原子
%程度である。また、シリカ質薄膜中にSiH結合が含
まれる場合、そのSiN結合の割合は、30原子%以
下、好ましくは5原子%以下の範囲にするのがよい。そ
の下限値は0.5原子%程度である。
The siliceous thin film formed on the porous metal substrate in the present invention may be composed of SiO bonds or may contain SiH bonds and SiN bonds in addition to SiO bonds. In this case, the ratio of the SiO bond contained in the siliceous thin film is determined by the total silicon (S) contained in the siliceous thin film.
i) 65 to 99.5 atom%, preferably 95 to 95 atom%, in the ratio of the number of Si atoms forming SiO bonds to the number of atoms.
It is 99 atomic%. If the ratio of SiO bonds is less than the above range, the heat resistance and stability of the siliceous thin film deteriorate. When the SiH thin film contains SiH bonds,
The ratio of the SiH bonds is determined by the number of S atoms forming SiH bonds with respect to the total number of Si atoms contained in the siliceous thin film.
The number of i atoms is preferably in the range of 30 atomic% or less, more preferably 5 atomic% or less. The lower limit is about 0.5 atomic%. Further, when the SiH bond is contained in the siliceous thin film, the ratio of the SiN bond is preferably in the range of 30 at% or less, more preferably 5 at% or less. The lower limit is about 0.5 atomic%.

【0008】本発明における水素透過性金属薄膜の材質
金属(以下、単に金属膜とも言う)としては、従来公知
のもの、例えば、パラジウム、パラジウム金属、(Pd
−Ag、Pd−Cu、Pd−Pt、Pd−Ag−Cu、
Pd−Ag−X)(X:Al、Mg、Be等の酸化
物)、Pd−V、Pd−V−Co、Ni、Ti、LaN
5、Fe−Ti等が挙げられる。
As the material of the hydrogen-permeable metal thin film in the present invention (hereinafter, also simply referred to as a metal film), conventionally known metals, for example, palladium, palladium metal, (Pd
-Ag, Pd-Cu, Pd-Pt, Pd-Ag-Cu,
Pd-Ag-X) (X: oxide such as Al, Mg, Be), Pd-V, Pd-V-Co, Ni, Ti, LaN
5 , Fe-Ti and the like.

【0009】本発明の第1水素分離材料は、多孔質金属
基体の片面又は両面にポリシラザン膜を形成した後、そ
のポリシラザン膜を焼成し、その上に金属膜を形成する
ことにより製造することができる。多孔質金属基体表面
に対するポリシラザン膜の形成は、多孔質金属体表面に
ポリシラザンを含む溶液を塗布し、乾燥することによっ
て実施することができる。ポリシラザンとしては、従来
公知の各種のものを用いることができる。また、本発明
で用いるポリシラザンには、各種の変性体も包含され
る。このようなポリシラザン変性体については、例え
ば、特開平9−31333号公報等に詳述されている。
ポリシラザン中に含まれるSiH結合の割合は、ポリシ
ラザン中に含まれる全Si原子数に対するSiHを形成
しているSi原子数の割合で、30原子%以下、好まし
くは5原子%以下である。本発明で好ましく用いられる
ポリシラザンを示すと、例えば、次式で表されるものを
示すことができる。
The first hydrogen separation material of the present invention can be produced by forming a polysilazane film on one or both sides of a porous metal substrate, firing the polysilazane film, and forming a metal film thereon. it can. The formation of the polysilazane film on the surface of the porous metal substrate can be carried out by applying a solution containing polysilazane to the surface of the porous metal body and drying. Various kinds of conventionally known polysilazanes can be used. The polysilazane used in the present invention also includes various modified products. Such a modified polysilazane is described in detail in, for example, JP-A-9-31333.
The ratio of the SiH bonds contained in the polysilazane is 30 atom% or less, preferably 5 atom% or less, which is the ratio of the number of Si atoms forming SiH to the total number of Si atoms contained in the polysilazane. The polysilazane preferably used in the present invention may be, for example, one represented by the following formula.

【化1】 前記式中、Rは水素又は炭化水素基を示し、nは0.3
以上の数を示し、mは0以上の数を示す。mとnとの比
m/nは0〜2、好ましくは0〜1である。Rを示す炭
化水素基には、脂肪族系炭化水素基及び芳香族系炭化水
素基が包含される。その具体例を示すと、例えば、メチ
ル、エチル、プロピル、フェニル、トリル等を示すこと
ができる。ポリシラザンの数平均分子量は、50〜50
0,000、好ましくは100〜100,000であ
る。
Embedded image In the above formula, R represents a hydrogen or hydrocarbon group, and n is 0.3
The above numbers are shown, and m represents a number of 0 or more. The ratio m / n between m and n is 0-2, preferably 0-1. The hydrocarbon group represented by R includes an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group. Specific examples thereof include, for example, methyl, ethyl, propyl, phenyl, tolyl and the like. The number average molecular weight of polysilazane is 50 to 50.
000, preferably 100 to 100,000.

【0010】ポリシラザンを溶解させるための溶媒とし
ては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼ
ン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、トリエチ
ルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;シクロヘキサ
ン、シクロヘキセン、エチルシクロヘキサン、メチルシ
クロヘキサン、デカヒドロナフタレン、p−メンタン等
の脂環式炭化水素系溶媒;ジペンテン、n−ペンタン、
i−ペンタン、n−ヘキサン、i−ヘキサン、n−ヘプ
タン、i−ヘプタン、n−オクタン、i−オクタン、n
−ノナン、i−ノナン、n−デカン、i−デカン等の飽
和炭化水素系溶媒;ジプロピルエーテル、ジブチルエー
テル等のエーテル系溶媒;メチルイソブチルケトン等の
ケトン系溶媒等が挙げられる。溶液中に含まれるポリシ
ラザン濃度は、0.1〜30重量%、好ましくは0.1
〜20重量%である。
Solvents for dissolving polysilazane include aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, diethylbenzene, trimethylbenzene, triethylbenzene; cyclohexane, cyclohexene, ethylcyclohexane, methylcyclohexane, decahydronaphthalene. , P-menthane and other alicyclic hydrocarbon solvents; dipentene, n-pentane,
i-pentane, n-hexane, i-hexane, n-heptane, i-heptane, n-octane, i-octane, n
Saturated hydrocarbon solvents such as -nonane, i-nonane, n-decane and i-decane; ether solvents such as dipropyl ether and dibutyl ether; ketone solvents such as methyl isobutyl ketone. The concentration of polysilazane contained in the solution is 0.1 to 30% by weight, preferably 0.1 to 30% by weight.
-20% by weight.

【0011】多孔質金属基体表面に対するポリシラザン
を含む溶液の塗布は、浸漬法や、ロールコーティング法
等の従来公知の方法により実施することができる。ま
た、その塗布は、多数回にわたった多数回塗りであるこ
とができる。多孔質金属基体上に形成するポリシラザン
膜の厚さは、所望するシリカ質膜の厚さに応じて適宜選
択されるが、通常、0.5〜10μmであり、好ましく
は1〜2μmである。
The application of the solution containing polysilazane to the surface of the porous metal substrate can be performed by a conventionally known method such as a dipping method or a roll coating method. Also, the application can be a multiple application over multiple applications. The thickness of the polysilazane film formed on the porous metal substrate is appropriately selected according to the desired thickness of the siliceous film, but is usually 0.5 to 10 μm, preferably 1 to 2 μm.

【0012】多孔質金属基体上に形成されたポリシラザ
ン膜は、これを、150〜500℃、好ましくは150
〜400℃に加熱してシリカ質膜とする。この加熱によ
り、ポリシラザン中のSiH、SiR(R:水素又は炭
化水素基)及びSiNのSiOへの変換が起り、ポリシ
ラザン膜は多孔質構造のシリカ質膜に変換される。本発
明の場合、このシリカ質膜は、SiO結合の他にSiH
結合とSiN結合を含有していてもよい。ポリシラザン
膜を加熱する場合の雰囲気は、空気、不活性ガス、水蒸
気含有ガス等の各種の雰囲気が採用されるが、好ましく
は空気雰囲気である。前記のようにして形成されたシリ
カ質薄膜上には、金属膜を形成する。この場合の金属膜
の形成は、従来公知の各種の方法により実施することが
できる。このような方法としては、無電解めっき法、無
電解めっき法と電気めっき法とを組合せた方法、真空蒸
着法、スパッタ法、気相化学反応法(CVD法)等が挙
げられる。シリカ質膜表面に形成する金属膜の厚さは、
5μm以下の薄膜の範囲とする。その膜厚の下限は、通
常、1μm程度である。本発明の場合、1〜5μmの範
囲の薄膜にするのが好ましい。
The polysilazane film formed on the porous metal substrate is heated at 150 to 500 ° C., preferably at 150 ° C.
Heat to ~ 400 ° C to form a siliceous film. By this heating, conversion of SiH, SiR (R: hydrogen or hydrocarbon group) and SiN in the polysilazane to SiO occurs, and the polysilazane film is converted to a siliceous film having a porous structure. In the case of the present invention, this siliceous film is made of SiH
It may contain a bond and a SiN bond. As the atmosphere for heating the polysilazane film, various atmospheres such as air, an inert gas, and a water vapor-containing gas are employed, but an air atmosphere is preferable. A metal film is formed on the silica thin film formed as described above. The formation of the metal film in this case can be performed by various conventionally known methods. Examples of such a method include an electroless plating method, a method combining an electroless plating method and an electroplating method, a vacuum evaporation method, a sputtering method, a gas phase chemical reaction method (CVD method), and the like. The thickness of the metal film formed on the siliceous film surface is
The range of the thin film is 5 μm or less. The lower limit of the film thickness is usually about 1 μm. In the case of the present invention, it is preferable to form a thin film in the range of 1 to 5 μm.

【0013】前記のようにして得られる本発明の第1水
素分離材料は、そのシリカ質薄膜が機械的強度及び耐久
性にすぐれ、ピンホールやクラック等の10Å以上の孔
を有しない緻密なものであることから、良好な取扱い性
と使用性を有する。また、そのシリカ質膜は薄膜である
ことから、高い水素透過率を示す。
The first hydrogen-separating material of the present invention obtained as described above is a dense one in which the siliceous thin film has excellent mechanical strength and durability and does not have pinholes or cracks of 10 mm or more. Therefore, it has good handleability and usability. Further, since the siliceous film is a thin film, it exhibits high hydrogen permeability.

【0014】本発明の第2水素分離材料は、多孔質金属
基体上にシリカ質薄膜を形成した後、その上に金属膜を
形成し、さらにその金属膜上にシリカ質薄膜を形成した
構造を有する。このような構造を有する第2水素分離材
料を製造するには、多孔質金属基体の片面又は両面に対
して第1シリカ質薄膜を形成する。このシリカ質膜の形
成方法としては、前記第1水素分離材料に関して示した
前記の方法を採用することができる。そのシリカ質膜の
平均細孔直径は10Å以下、好ましくは7Å以下であ
り、その空孔率は20〜50%、好ましくは30〜40
%である。多孔質金属基体表面に形成するシリカ質膜の
厚さは、10μm以下、好ましくは5μm以下であり、
その下限値は0.1μm程度である。本発明の場合、特
に1〜2μmの範囲にするのが好ましい。次に、前記第
1シリカ質膜の表面に対し、金属膜を形成する。この場
合の金属膜の形成方法としては、第1水素分離材料に関
して示した前記各種の方法を採用することができる。こ
の金属膜の厚さは5μm以下の薄厚の範囲とする。その
膜厚の下限は、通常、1μm程度である。本発明の場
合、1〜5μmの範囲の薄厚にするのが好ましい。
The second hydrogen separation material of the present invention has a structure in which a siliceous thin film is formed on a porous metal substrate, a metal film is formed thereon, and a siliceous thin film is further formed on the metal film. Have. To produce the second hydrogen separation material having such a structure, a first siliceous thin film is formed on one or both surfaces of a porous metal substrate. As the method for forming the siliceous membrane, the above-described method described for the first hydrogen separation material can be employed. The average pore diameter of the siliceous membrane is 10 ° or less, preferably 7 ° or less, and the porosity is 20 to 50%, preferably 30 to 40%.
%. The thickness of the siliceous film formed on the surface of the porous metal substrate is 10 μm or less, preferably 5 μm or less,
The lower limit is about 0.1 μm. In the case of the present invention, it is particularly preferable that the thickness be in the range of 1 to 2 μm. Next, a metal film is formed on the surface of the first siliceous film. In this case, as the method of forming the metal film, the various methods described above for the first hydrogen separation material can be employed. The thickness of this metal film is set to a thin range of 5 μm or less. The lower limit of the film thickness is usually about 1 μm. In the case of the present invention, the thickness is preferably in the range of 1 to 5 μm.

【0015】次に、前記金属膜の表面に、第2シリカ質
薄膜を形成する。この場合のシリカ質膜の形成方法とし
ては、前記第1水素分離材料に関して示した前記の方法
を採用することができる。また、そのシリカ質膜の平均
細孔直径は、10Å以下、好ましくは7Å以下であり、
その下限値は2Å程度である。また、その空孔率は20
〜50%、好ましくは30〜40%である。金属膜表面
に形成するシリカ質膜の厚さは、特に制約されないが、
通常、0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上で
あり、その上限値は1μm程度である。本発明の場合、
特に、0.1〜0.5μmの範囲にするのが好ましい。
また、金属膜の表面に形成するシリカ質膜は、必ずしも
金属膜全体に形成する必要はなく、場合によってはその
一部であってもよい。
Next, a second siliceous thin film is formed on the surface of the metal film. In this case, as the method for forming the siliceous film, the above-described method described for the first hydrogen separation material can be employed. The average pore diameter of the siliceous membrane is 10 ° or less, preferably 7 ° or less,
Its lower limit is about 2 °. The porosity is 20
5050%, preferably 30-40%. The thickness of the siliceous film formed on the metal film surface is not particularly limited,
Usually, it is 0.05 μm or more, preferably 0.1 μm or more, and its upper limit is about 1 μm. In the case of the present invention,
In particular, the thickness is preferably in the range of 0.1 to 0.5 μm.
Further, the siliceous film formed on the surface of the metal film does not necessarily need to be formed on the entire metal film, and may be a part of the film in some cases.

【0016】前記第2水素分離材料は、その金属膜の表
面が前記したセラミックス質膜で被覆され、保護されて
いることから、その取り扱いや使用に際して損傷を受け
ることは殆んどない。また、その使用に際しその金属膜
が直接そのガス雰囲気と接触することがないことから、
その金属膜による炭化触媒としての機能は大きく抑制さ
れ、オレフィン等の炭化水素を含むガス雰囲気と接触し
ても、そのオレフィンを炭化させるようなことも殆んど
ない。
Since the surface of the metal film of the second hydrogen separation material is covered and protected by the above-mentioned ceramic film, it is hardly damaged during handling and use. Also, since the metal film does not come into direct contact with the gas atmosphere during its use,
The function of the metal film as a carbonization catalyst is greatly suppressed, and even if the metal film is brought into contact with a gas atmosphere containing a hydrocarbon such as an olefin, the olefin is hardly carbonized.

【0017】本発明の水素分離材料は、水素ガスを含む
混合ガスから、その水素ガスを選択的に透過させる機能
を有する。本発明の水素分離材料を用いて混合ガス中の
水素ガスを分離するには、水素分離材料の一方の側(供
給側)に水素を含有する混合ガスを接触させる。これに
よって、その混合ガス中の水素ガスはその水素分離材料
を選択的に透過し、水素分離材料の反対側(透過側)に
は、水素ガスを高められた濃度で含むガスを得ることが
できる。この水素分離材料を用いる水素ガスの分離にお
いては、その分離温度が高い程水素分離効率は増加す
る。本発明の場合、その分離温度は、200〜700
℃、好ましくは300〜600℃である。また、水素分
離材料の供給側の水素分圧が透過側の水素分圧よりも大
きい程水素ガスの透過速度は高くなる。本発明の水素分
離材料を用いて混合ガスからの水素分離を行う場合、そ
の水素ガス透過率は、窒素やメタン等の他のガスの透過
率に比べると著しく大きく、混合ガスから効率よく水素
を分離することができる。
The hydrogen separation material of the present invention has a function of selectively transmitting hydrogen gas from a mixed gas containing hydrogen gas. In order to separate the hydrogen gas in the mixed gas using the hydrogen separation material of the present invention, a mixed gas containing hydrogen is brought into contact with one side (supply side) of the hydrogen separation material. Thereby, the hydrogen gas in the mixed gas selectively permeates the hydrogen separation material, and a gas containing the hydrogen gas at an increased concentration can be obtained on the opposite side (permeation side) of the hydrogen separation material. . In the separation of hydrogen gas using this hydrogen separation material, the higher the separation temperature, the higher the hydrogen separation efficiency. In the case of the present invention, the separation temperature is 200-700.
° C, preferably 300-600 ° C. Further, as the hydrogen partial pressure on the supply side of the hydrogen separation material is larger than the hydrogen partial pressure on the permeation side, the permeation speed of the hydrogen gas becomes higher. When performing hydrogen separation from a mixed gas using the hydrogen separation material of the present invention, the hydrogen gas permeability is significantly higher than the permeability of other gases such as nitrogen and methane, and hydrogen is efficiently separated from the mixed gas. Can be separated.

【0018】[0018]

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0019】実施例1 多孔質金属基体として、ステンレスからなる多孔管を用
いた。この金属多孔管において、この内径は7mm、そ
の外径は10mm、その長さは100mmであり、その
外表面部分の細孔径は1〜2μmである。ポリシラザン
溶液Aを得るために、下記式(2)で表される繰返し構
造単位を有する数平均分子量が1000のポリシラザン
をその濃度が1.0wt%となるように溶媒としてのシ
クロヘキセンに溶解させた。
Example 1 A porous tube made of stainless steel was used as a porous metal substrate. In this metal porous tube, the inner diameter is 7 mm, the outer diameter is 10 mm, the length is 100 mm, and the outer surface has a pore diameter of 1 to 2 μm. In order to obtain a polysilazane solution A, polysilazane having a repeating structural unit represented by the following formula (2) and having a number average molecular weight of 1,000 was dissolved in cyclohexene as a solvent so that the concentration became 1.0 wt%.

【化2】 次に、前記した金属多孔管(以下、単に多孔管とも言
う)を前記溶液Aに浸漬した後、乾燥する塗布操作を5
回行って、多孔管の外表面にポリシラザン膜を形成し
た。次に、この多孔管を空気中において450℃で1時
間焼成した。この焼成により、ポリシラザン膜は、厚さ
0.2μmの多孔質構造のシリカ質膜に変換された。前
記シリカ質膜において、その平均細孔径は約5Åであ
り、その密度は2.2g/cm3であった。なお、平均
細孔径はアルゴン吸着法によって求めた。また、このシ
リカ質膜は、SiOを形成しているSiを98原子%、
SiHを形成しているSiを1原子%及びSiNを形成
しているSiを1原子%含有するものであった。次に、
前記シリカ質膜上に、無電解めっき法によりPd膜を形
成し、その上に電解めっき法によりPd膜を形成して、
合計厚さ0.8μmのPd膜を形成した。次いで、その
上に無電解めっき法でAgをめっきした後、アルゴン雰
囲気中で800℃で2時間焼成した。このようにして、
多孔管上にシリカ質膜を介してPd−Ag合金膜(膜
厚:1μm、Ag/Pd重量比=1/4)を有する本発
明の水素分離材料Aを得た。
Embedded image Next, the above-mentioned metal porous tube (hereinafter, also simply referred to as a porous tube) is immersed in the solution A, and then dried.
The process was repeated to form a polysilazane film on the outer surface of the porous tube. Next, the porous tube was fired in air at 450 ° C. for 1 hour. By this baking, the polysilazane film was converted into a porous silica film having a thickness of 0.2 μm. In the siliceous membrane, the average pore diameter was about 5 °, and the density was 2.2 g / cm 3 . The average pore diameter was determined by an argon adsorption method. Also, this siliceous film contains 98 atomic% of Si forming SiO,
It contained 1 atomic% of Si forming SiH and 1 atomic% of Si forming SiN. next,
Forming a Pd film on the silica film by electroless plating, and forming a Pd film on the Pd film by electrolytic plating;
A Pd film having a total thickness of 0.8 μm was formed. Next, after plating Ag thereon by an electroless plating method, it was baked at 800 ° C. for 2 hours in an argon atmosphere. In this way,
A hydrogen separation material A of the present invention having a Pd-Ag alloy film (thickness: 1 μm, Ag / Pd weight ratio = 1/4) on a porous tube via a siliceous film was obtained.

【0020】実施例2 実施例1と同様にして多孔管の表面に厚さ0.2μm、
平均細孔径5Åのシリカ質膜を介して厚さ1μmのPd
−Ag合金膜を形成した。次いで、前記ポリシラザンを
0.2wt%濃度でシクロヘキサンに溶解させたポリシ
ラザン溶液B中に、前記で得た多孔管を浸漬した後、乾
燥する塗布操作を5回行ってポリシラザン膜を形成した
後、空気中において450℃で1時間焼成した。このよ
うにして、多孔管上に厚さ0.2μmのシリカ質膜を介
して厚さ1μmのPd−Ag膜を有し、さらにその上に
厚さ0.1μm、平均細孔径5Åのシリカ質膜を有する
本発明の水素分離材料Bを得た。
Example 2 In the same manner as in Example 1, a 0.2 μm thick
1 μm thick Pd through a siliceous membrane with an average pore diameter of 5 °
-An Ag alloy film was formed. Next, the porous tube obtained above is immersed in a polysilazane solution B obtained by dissolving the polysilazane in cyclohexane at a concentration of 0.2 wt%, and the coating operation of drying is performed five times to form a polysilazane film. Calcination was performed at 450 ° C. for 1 hour. In this way, a Pd-Ag film having a thickness of 1 μm is provided on a porous tube via a siliceous film having a thickness of 0.2 μm, and a silica material having a thickness of 0.1 μm and an average pore diameter of 5 ° A hydrogen separation material B of the present invention having a membrane was obtained.

【0021】応用例1 前記実施例1で得た管状の水素分離材料を用いてガス透
過率の測定試験を行った。測定装置としては、図1に示
す装置系を用いた。その測定結果を表2に示す。
Application Example 1 Using the tubular hydrogen separation material obtained in Example 1, a gas permeability measurement test was performed. As the measuring device, the device system shown in FIG. 1 was used. Table 2 shows the measurement results.

【0022】図1において、1はガスボンベ、2は減圧
弁、3はニードルバルブ、4は圧力計、5はメスナッ
ト、6はユニオン、7はヒータ、8はチャンバー、9は
その中間部に被試験物としての管状の水素分離材料Mを
有するアルミナチューブ、10はガスクロマトグラフ、
11は膜流量計を各示す。ガスチャンバー8は、内管と
外管とからなる2重管の内管外壁面と外管内壁面との間
に形成される環状空間からなるもので、その内管の管壁
のうち、被試験物である管状の水素分離材料Mに対応す
る部分の管壁は削除され、チャンバー8内のガスが水素
分離材料Mに接触するようになっている。この場合、削
除する管壁部の軸方向の長さは、水素分離材料Mの長さ
よりも短くする。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a gas cylinder, 2 denotes a pressure reducing valve, 3 denotes a needle valve, 4 denotes a pressure gauge, 5 denotes a female nut, 6 denotes a union, 7 denotes a heater, 8 denotes a chamber, and 9 denotes an intermediate portion to be tested. Alumina tube having a tubular hydrogen separation material M as a material, 10 is a gas chromatograph,
Numeral 11 denotes a membrane flow meter. The gas chamber 8 is formed of an annular space formed between the outer wall surface of the inner tube and the inner wall surface of the outer tube of the double tube composed of the inner tube and the outer tube. The portion of the tube wall corresponding to the tubular hydrogen separation material M, which is an object, is deleted, and the gas in the chamber 8 comes into contact with the hydrogen separation material M. In this case, the axial length of the tube wall to be deleted is shorter than the length of the hydrogen separation material M.

【0023】図1の測定装置系を用いて、被試験物とし
ての管状の水素分離材料Mのガス透過率を測定するに
は、水素、窒素又はメタンの充填されたボンベ1から所
定のガスを減圧弁2、ニードルバルブ3を通して、水素
分離材料Mを包囲するチャンバー8に導入するととも
に、ヒーター7によりチャンバー8及び水素分離材料M
を加熱する。ユニオン6中には冷却水を流通させ、水素
分離材料Mの温度を所定温度に保持する。チャンバー8
に導入されたガスのうち、その被試験物としての水素分
離材料Mの管壁を透過したガス(透過ガス)はアルミナ
チューブ9の後端部からガスクロマトグラフィー10に
送られ、ここでガス分析される。また、チャンバー8の
後端部からの排出ガス(非透過ガス)もガスクロマトグ
ラフィー10によりガス分析される。チャンバー8の後
端からガスクロマトグラフィーに送られる非透過ガス
は、膜流量計11によりその流量が測定される。前記ガ
スの透過率の測定において、その測定温度(水素分離材
料Mの温度)は、冷却水の流量によって調節した。その
測定温度としては、300℃、400℃及び500℃を
用いた。また、ガス圧は、ニードルバルブにより調節
し、そのガス圧としては、約200kPaを用いた。
In order to measure the gas permeability of a tubular hydrogen separation material M as a test object using the measuring apparatus system of FIG. 1, a predetermined gas is supplied from a cylinder 1 filled with hydrogen, nitrogen or methane. The hydrogen separation material M is introduced into the chamber 8 surrounding the hydrogen separation material M through the pressure reducing valve 2 and the needle valve 3, and the chamber 8 and the hydrogen separation material M are
Heat. Cooling water is circulated through the union 6 to maintain the temperature of the hydrogen separation material M at a predetermined temperature. Chamber 8
Of the gas introduced into the tube, the gas (permeated gas) that has passed through the tube wall of the hydrogen separation material M as the test object is sent from the rear end of the alumina tube 9 to the gas chromatography 10 where the gas is analyzed. Is done. The exhaust gas (non-permeated gas) from the rear end of the chamber 8 is also subjected to gas analysis by the gas chromatography 10. The flow rate of the non-permeate gas sent from the rear end of the chamber 8 to the gas chromatography is measured by the membrane flow meter 11. In the measurement of the gas permeability, the measurement temperature (the temperature of the hydrogen separation material M) was adjusted by the flow rate of the cooling water. As the measurement temperature, 300 ° C, 400 ° C, and 500 ° C were used. The gas pressure was adjusted with a needle valve, and the gas pressure was about 200 kPa.

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】応用例2 応用例1において、水素分離材料として実施例2で得た
ものを用いた以外は同様にして実験を行った。その結果
を表3に示す。
Application Example 2 An experiment was conducted in the same manner as in Application Example 1, except that the material obtained in Example 2 was used as the hydrogen separation material. Table 3 shows the results.

【0026】[0026]

【表3】 前記表2〜表3に示したN2及びCH4のガス透過率Qは
いずれも測定限界以下を示す。また、表2〜表3に示し
たガス透過率Qの単位は、std m3/(m2・sec
・kPa)であり、次式により定義される。 Q=F/A・△P 式中、Qはガス透過率を示し、Fはガス透過流量(st
d m3/sec)を示し、Aはガス触媒面積(m2)を
示し、△Pはガスの供給側と透過側の差圧(kPa)で
ある。
[Table 3] The gas transmission rates Q of N 2 and CH 4 shown in Tables 2 and 3 are all below the measurement limit. The unit of the gas permeability Q shown in Tables 2 and 3 is std m 3 / (m 2 · sec
KPa) and is defined by the following equation: Q = F / A · △ P In the formula, Q indicates a gas permeability, and F is a gas permeation flow rate (st
dm 3 / sec), A represents the gas catalyst area (m 2 ), and ΔP is the differential pressure (kPa) between the gas supply side and the gas supply side.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の水素分離材料は、その多孔質基
体がその平均細孔径が大きい金属質のものでありなが
ら、その表面には非常に緻密性がよくかつ平均細孔径の
小さなシリカ質薄膜を介して金属膜を形成したもので、
その金属膜を5μm以下の薄膜にしても、ピンホールや
クラックのない金属膜を得ることができる。従って、本
発明の水素分離材料は、水素分離性能にすぐれたもので
ある。また、本発明の水素分離材料は、ゲルを多孔質基
体内に充填させる構造のものでないことから、格別の内
部応力は生じず、熱サイクルを加えても、その基体に破
損を生じるようなこともない。
According to the hydrogen separation material of the present invention, although the porous substrate is made of a metal having a large average pore diameter, its surface is very dense and has a small average pore diameter. A metal film formed through a thin film,
Even if the metal film is made as thin as 5 μm or less, a metal film free of pinholes and cracks can be obtained. Therefore, the hydrogen separation material of the present invention has excellent hydrogen separation performance. In addition, since the hydrogen separation material of the present invention does not have a structure in which the gel is filled in the porous substrate, no particular internal stress is generated, and the substrate may be damaged even if a heat cycle is applied. Nor.

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

【図1】ガス透過率を測定するための装置系統図を示
す。
FIG. 1 shows a system diagram for measuring gas permeability.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガスボンベ 4 圧力計 7 ヒーター 8 チャンバー 9 アルミナチューブ 10 ガスクロマトグラフィー 11 膜流量計 M 水素分離材料 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas cylinder 4 Pressure gauge 7 Heater 8 Chamber 9 Alumina tube 10 Gas chromatography 11 Membrane flow meter M Hydrogen separation material

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多孔質金属基体上にシリカ質薄膜を介し
て水素透過性金属薄膜を有し、該シリカ質薄膜は平均細
孔直径10Å以下の細孔を含有することを特徴とする水
素分離材料。
1. A hydrogen separation method comprising a hydrogen-permeable metal thin film on a porous metal substrate via a siliceous thin film, wherein the siliceous thin film contains pores having an average pore diameter of 10 ° or less. material.
【請求項2】 多孔質金属基体上にシリカ質薄膜を介し
て水素透過性金属薄膜を有し、該金属薄膜上にさらにシ
リカ質薄膜を有し、該シリカ質薄膜はいずれも平均細孔
直径10Å以下の細孔を含有することを特徴とする水素
分離材料。
2. A hydrogen-permeable metal thin film is provided on a porous metal substrate with a silica thin film interposed therebetween, and further a silica thin film is provided on the metal thin film, and each of the silica thin films has an average pore diameter. A hydrogen separation material comprising pores of 10 ° or less.
【請求項3】 該多孔質基体上のシリカ質薄膜の厚さが
10μm以下である請求項1又は2の水素分離材料。
3. The hydrogen separation material according to claim 1, wherein the thickness of the siliceous thin film on the porous substrate is 10 μm or less.
【請求項4】 該シリカ質薄膜が、ポリシラザン膜の焼
成物からなる請求項1〜3のいずれかの水素分離材料。
4. The hydrogen separation material according to claim 1, wherein the siliceous thin film comprises a calcined product of a polysilazane film.
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