KR100614974B1 - 다공성 수소분리막 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소에 대한 흡착특성을 가지는 금속미세입자를 가압성형하여 제조되는 수소분리막에 있어서, 상기 미세입자는 제1금속분말 0.5∼50 중량％ 및 상기 제1금속분말보다 평균입경의 크기가 상대적으로 큰 제2금속분말 50∼99.5 중량％로 구성됨을 특징으로 하는 수소분리막을 제공한다.
Description
도 1은 평균입경 0.15㎛의 니켈분말 20중량％와 평균입경 5㎛의 니켈분말 80중량％를 혼합한 다입경 분포를 가지는 분말을 압착하여 제조한 다공성 분리막의 주사 전자현미경 사진이다.
도 2는 평균입경 0.15㎛의 니켈분말 20중량％와 평균입경 5㎛의 니켈분말 80중량％를 혼합한 다입경분포의 분말을 압착하여 제조한 다음 600℃의 수소 분위기에서 소성된 다공성 분리막의 주사 전자현미경 사진이다.
도 3은 알루미늄 성분이 코팅된 평균입경 0.15㎛의 니켈분말 20중량％와 평균입경 5㎛의 니켈분말 80중량％를 혼합한 다입경분포의 분말을 압착하여 제조한 다음 600℃의 수소 분위기에서 소성된 다공성 분리막의 주사 전자현미경 사진이다.
도 4는 평균입경 5㎛의 단일입경 니켈분말을 압착하여 제조한 다공성 분리막의 주사 전자현미경 사진이다.
도 5는 평균입경 0.15㎛의 단일입경 니켈분말을 압착하여 제조한 다공성 분리막의 주사 전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 사용한 다공성 분리막의 성능평가 장치의 구성 도를 나타낸다.
본 발명은 다공성 수소분리막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 팔라듐계 치밀 분리막이 가지고 있던 적은 투과량, 및 스테인레스 금속지지체의 수소 취성문제를 동시에 해결함이 가능한 수소분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
탄화수소를 개질하여 수소를 제조하는 공정에 대한 많은 연구가 진행된 바 있으며, 현재까지도 활발한 연구가 진행 중에 있다. 탄화수소로부터 합성가스를 제조하는 공정을 보면, 하기 반응식 1, 2와 같은 스팀개질 및 일산화탄소 수성반응을 통하여 고분자전해질용 연료전지(PEMFC)의 원료가스인 수소를 제조한다. (A.Basile, L.Paturzo, An experimental study of multilayered composite palladium membrane reactors for partial oxidation of methane to syngas, Catalysis Today 67 (2001) 55)
[반응식 1]
CH4 + H2O → CO + 3H2, ΔHo
298 = +206kJ/mol
[반응식 2]
CO + H2O → CO2 + H2, ΔHo
298 = +206kJ/mol
반응기내에서 생성된 수소는 일산화탄소와 수소의 농도에 따라서 역수성반응을 수행하므로 메탄의 재생성과정이 진행될 수 있다. 메탄의 전환율이 온도에 따라 결정되며, 생성물 중에서 수소를 제거할 때 메탄의 전환율을 더욱 높게 얻을 수 있으므로 반응기의 운전온도를 완화할 수 있다.
현재 파라듐계 치밀 분리막, 제올라이트 또는 감마알루미나를 이용한 다공성 분리막의 개발을 목적으로 많은 연구가 진행 중에 있다(R.Checchetto, N.Bazzanella, B.Parron, A.Miotello, Palladium membranes prepared by r.f..magnetron sputtering for hydrogen purification, Surface and Coatings Technology 177-178 (2004) 73), (T.Tomita, K.Nakayama, H.Sakai, Gas separation characteristics of DDR type zeolite membrane, Microporous and Mesoporous Materials, 68 (2004) 71).
팔라듐계 치밀분리막의 경우 수소 이온의 전도에 의해 분리가 진행되기 때문에 높은 분리도를 얻을 수 있는 반면, 단위면적당 수소의 투과량이 낮고 제조공정이 매우 복잡하며 특히, 스테인레스류의 금속지지체를 사용하는 경우 수소 취성 문제를 야기한다. 따라서 내구성을 확보하기 위하여 각고의 노력이 진행 중에 있다(D. Lee, Y. Lee, S. Nam, B. Sea, K. Lee, Preparation and characterization of SiO2 composite membrane for purification of hydrogen from methanol steam reforming as an energy carrier system for PEMFC, Separation and Purification Technology 32 (2003) 45). 반면, 다공성 분리막의 경우 높은 투과량을 얻을 수 있기 때문에 연료전지용 수소의 제조공정과 같이 낮은 선택도에서도 공정 구성이 가능한 시스템에 적용성이 기대된다.
그러나, 현재까지 연구 또는 개발된 다공성 분리막의 경우 대부분이 세라믹계(감마알루미나, 제올라이트) 지지체를 이용하고 있다(D.Lee, L.Zang, S.T Oyama, S. Niu, R.F.Saraf, Synthesis, Characterization, and gas permeation properties of a hydrogen permeable silica membrane supported on porous alumina, J. Membrane Science 231 (2004) 117). 이 과정에서 가장 큰 문제점으로는 완성된 분리막의 시스템화 과정에서 어려움이 따른다. 즉, 분리막의 다층구성을 위하여 실링과 용접을 통한 시스템의 구성이 필수적이나 현재까지 이에 대한 기술 개발은 미 완의 상태에 있는 실정이다.
본 발명은 상기 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 제 1의 목적은 기존 팔라듐계 치밀 분리막이 가지고 있던 적은 투과량, 및 스테인레스 금속지지체의 수소 취성문제를 동시에 해결함이 가능한 수소분리막을 제공함에 있다.
본 발명의 제 2의 목적은 상기 제 1목적에 따른 수소분리막에 열적안정성을 더욱 개선시킨 수소분리막을 제공함에 있다.
본 발명의 제 3의 목적은 공정이 간단하고 저렴하여 대량생산에도 적합한 수 소분리막의 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수소에 대한 흡착특성을 가지는 금속미세입자를 가압성형하여 제조되는 수소분리막에 있어서, 상기 미세입자는 제1금속분말 0.5∼50 중량％ 및 상기 제1금속분말보다 평균입경이 상대적으로 큰 제2금속분말 50∼99.5 중량％로 구성되는 수소분리막을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 제1금속분말은 입자의 평균입경이 0.01∼0.5㎛인 미세입자로부터 선택되어지는 수소분리막을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 제2금속분말은 입자의 평균입경이 0.8∼10㎛인 미세입자로부터 선택되어지는 수소분리막을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 제1금속분말은 표면에 Al, Si, Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Ag의 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속이 코팅되어지는 수소분리막을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 제2금속분말은 전처리로서 200∼500℃ 수소분위기에서 환원시킨 것인 수소분리막을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 제1금속분말 또는/및 제2금속분말은 니켈분말인 수소분리막을 제공한다.
본 발명은 수소에 대한 흡착특성을 가지는 금속미세입자를 포함하는 수소분리막의 제조방법에 있어서, 제1금속분말 0.5∼50 중량％ 및 상기 제1금속분말보다 평균입경이 상대적으로 큰 제2금속분말 50∼99.5 중량％를 혼합하는 단계; 상기 혼합분말을 소정의 압력하에 가압성형하는 단계; 및 상기 성형체를 수소분위기에서 소성하는 단계를 포함하는 수소분리막의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 가압성형은 1∼20톤/㎠의 압력하에 수행되어지는 수소분리막의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 제1금속분말은 표면에 Al, Si, Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Ag의 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속이 코팅되어진 것임을 특징으로 하는 수소분리막의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 제2금속분말은 전처리로서 200∼500℃ 수소분위기에서 환원시킨 것임을 특징으로 하는 수소분리막을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 제1금속분말 또는/및 제2금속분말은 니켈분말인 것을 특징으로 하는 수소분리막을 제공한다.
이하, 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 있어서, 수소에 대한 흡착특성을 가지는 금속미세입자는 평균입경의 크기가 상이한 금속분말의 군으로부터 선택된다.
미세분말을 압착하여 다공성 미디어를 제조할 때 사용되는 분말의 입경이 작을수록 미디어내 미세 기공의 존재확률을 높일 수 있으므로 수소에 대한 분리효율을 높게 유지할 것으로 예상하는 것은 일반적으로 생각할 수 있다. 이러한 점은 후술하는 비교예 1 및 2의 비교를 통해 확인할 수 있을 것이다. 즉, 평균입경이 0.15㎛인 미세분말을 이용하여 제조한 비교예 2의 수소분리막의 경우가 수소/질소의 선 택도가 24에 이르는 높은 결과를 보인 반면, 평균입경이 5㎛인 분말이 사용된 비교예 1의 수소분리막의 경우 수소/질소의 선택도가 15로 나타난 점을 통해서도 확인할 수 있다. 위와 같은 사실로부터 미루어 보면, 더욱 향상된 결과를 얻기 위하여는 더욱 미세한 분말이 요구되어질 것이나, 이는 미세분말화의 제조상의 한계로 인하여 어려움이 있다. 이와 같은 한계는 서로 다른 입자크기를 가지는 금속분말을 혼합하여 압착하는 것에 의해 치밀도 및 분리도를 크게 개선할 수 있다. 이는 후술하는 실시예 1에 의해 얻어진 수소분리막이 도 1에 도시된 바와 같이 비교예 1 및 2에 따른 수소분리막에 비하여 표면의 치밀도가 매우 크게 향상되고 있다는 사실로부터 확인할 수 있다.
제1금속분말과 제2금속분말의 평균입경의 차이는 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 적어도 0.3㎛이상 차이가 나는 것으로부터, 보다 바람직하게는 제1금속분말은 평균입경이 0.01∼0.5㎛에서 선택되며, 제2금속분말의 평균입경은 0.8∼10㎛에서 선택되는 분말을 사용하는 것이 좋다.
또한, 치밀도 및 분리도의 개선을 위하여 상기 제1금속분말과 제2금속분말의 혼합비는 제1금속분말 0.5∼50 중량％와 제2금속분말 50∼99.5 중량％로 구성하는 것이 좋다.
상기 제1금속분말 및 제2금속분말로 될 수 있는 금속은 수소에 대한 흡착특성을 가지며, 종래 수소분리막을 구성하는 성분으로 사용되는 어떠한 금속이어도 무방하다. 대표적인 예를 들면, 니켈분말이 이에 해당한다.
상기 제1금속분말은 금속분말을 그대로 사용하여도 무방하지만 고온에서 안 정성을 확보하기 위해서는 표면에 특별한 처리가 가해질 수 있다. 이러한 처리는 특정 금속 성분을 상기 제1금속분말의 외표면에 코팅하는 것에 의해 달성될 수 있다. 이와 같이 제1금속분말의 외표면에 코팅가능한 금속의 예로는 신터링 억제효과를 가지는 금속으로서 Al, Si, Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Ag의 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속을 들 수 있다. 후술하는 바와 같이 신터링 억제제를 코팅하지 않고 얻은 실시예 2의 수소분리막과 신터링 억제제를 코팅하여 얻은 실시예 3의 수소분리막을 대상으로 하여 얻은 실험결과에 의하면, 수소/질소에 대한 선택도가 각각 12, 23인 점에서 신터링 억제제의 역할을 확인할 수 있다. 이와 같은 현상은 실시예 2에 따른 도 2와 실시예 3에 따른 도 3을 참조하면, 신터링 억제제를 첨가함에 따라 조직의 안정성을 가져오는 것을 확인할 수 있다. 또한 도 3에 나타난 수소분리막의 단면사진을 참조하면, 신터링 억제제를 적용한 경우에 평균입경이 상대적으로 작은 제1금속분말의 미세입자의 형태는 완전한 반면, 평균입경이 5㎛로 큰 제2금속분말에서는 신터링이 진행된 점으로 미루어 볼 때 고온의 안정성을 확보하기 위해서는 사용되는 모든 입자에 신터링 억제제를 코팅하는 것이 바람직하리라 사료된다.
이와 같은 신터링 억제제의 코팅은 수소에 대한 흡착력을 더욱 강화시키는 작용도 한다.
상기 신터링 억제제의 코팅과정은 제1금속분말을 200∼400℃ 공기분위기에서 1∼5시간 소성하는 단계; 신터링 억제제를 함유한 액상 용액을 이용하여 제1금속분말에 초기젖음법으로 담지하는 단계; 및 300∼400℃의 공기분위기에서 소성하여 담지금속을 고착화시키는 단계를 통하여 수행되어질 수 있다. 더욱 간단하게는 환원 제(예를 들어, NaBH4)를 이용하여 신터링 억제물질을 제1금속분말의 외표면에 직접 도포하는 것도 가능하다. 이 경우 환원제로 공급된 잔존물(위 예의 경우 NaBO2)의 제거를 목적으로 세정을 주의 깊게 실시할 필요가 있다.
제1금속분말과 제2금속분말의 혼합분말은 일정한 형상으로 가압성형되어 성형체로 제조된다. 가압(또는 압착)성형은 혼합금속분말을 몰드를 이용하여 바람직하게는 1∼20톤/㎠의 압력하에 수행되어질 수 있다.
가압성형을 더욱 원활하게 수행하기 위해 평균입경의 크기가 상대적으로 큰 제2금속분말은 200∼500℃ 수소분위기하에서 환원되어질 수 있다.
상기 과정을 거쳐 얻어진 성형체는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 500∼900℃의 수소분위기하에서 소성된다.
이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
<실시예 1>
제1금속분말로 평균입경 0.15㎛의 니켈분말 20중량％와 제2금속분말로 평균입경 5㎛의 니켈분말 80중량％를 몰탈을 사용하여 30분 동안 균일하게 혼합하였다. 혼합분말 1.3g을 직경 12.7mm의 원형 몰드를 이용하여 다공성분리막을 제조하였다. 이 때 프레스의 압력은 9.97톤/㎠으로 가압한 상태에서 1분을 유지하였다.
제조된 다공성 분리막의 수소와 질소에 대한 각각의 투과도는 도 6과 같이 제작된 가스 투과량 측정장치를 이용하여 측정하였다. 수소와 질소를 각각 공급하고 분리막 전후단에 압력차를 2.2psi로 유지한 상태에서 다공성분리막을 투과한 가스의 유량을 측정하였다. 실험장치는 각 가스를 공급할 수 있는 가스유량 콘트롤(질량흐름콘트롤 밸브, 압력콘트롤 밸브)부(1), 분리막을 통과한 가스의 유량을 측정하기 위한 분석(가스크마토그래피)부(9)로 구성하였다. 미설명부호 2는 가스혼합기, 3은 전기가열로, 4는 분리막, 5는 온도감지기, 6은 온도조절기, 7은 압력감지기 및 조절기 셋, 8은 비누거품유량계를 나타낸다. 단위 분리막이 장착된 부분은 온도를 조절할 수 있는 전기가열로 내에 설치하여 투과막의 온도를 200℃로 일정하게 유지하였다. 또한 분리막 양단에 압력은 공급된 미투과 가스의 배출라인에 압력콘트롤 밸브를 설치하여 각 압력변수에 따른 투과량을 측정하였다.
상기와 같이 측정된 수소 및 질소에 대한 각각의 투과량 자료를 이용하여 하기의 [수학식 1]에 의하여 투과선택도(perm-selectivity)를 결정하였다. 이때 각 가스의 투과량은 분리막의 면적, 측정시간, 압력차가 동일하게 환산된 상태에서 단일 성분의 투과량을 의미한다. 분리막의 하단부에서 분리막 투과가스를 배출하기 위한 이송용 가스로서 아르곤을 공급하였다.
[수학식 1]
실험결과 하기 표 1에 정리한 바와 같이 수소에 대한 투과량은 압력변수 2.2 ∼14.7psi 범위에서 33∼10㎖/㎠.atm.min, 질소 1.0∼1.7㎖/㎠.atm.min로, 수소/질소의 선택도는 32.0∼6.0으로 나타났다.
<표 1> 실시예 1에 따른 수소와 질소의 투과량 및 선택도(H2/N2)
| 압력차(psi) | 수소(㎖/㎠.min.atm) | 질소(㎖/㎠.min.atm) | 선택도(H2/N2) |
| 2.2 | 33.6 | 1.0 | 32.0 |
| 5.0 | 18.0 | 1.8 | 9.7 |
| 7.3 | 13.8 | 1.9 | 7.3 |
| 14.7 | 10.5 | 1.7 | 6.0 |
<실시예 2>
실시예 1에서 제조된 분리막을 600℃ 수소 분위기에서 5시간 소성한 후에 수소와 질소에 대한 투과도를 각각 측정하였다. 기타 분리막 제조조건 및 가스 유량조건은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
가스투과량 측정결과 표 2에 정리한 바와 같이 수소의 투과량은 181∼84㎖/㎠.min.atm, 질소의 투과량은 15∼26㎖/㎠.min.atm으로 수소/질소의 선택도는 11.5∼3.2 수준으로 나타났다.
<표 2> 실시예 2에 따른 수소, 질소의 투과량 및 선택도(H2/N2)
| 압력차(psi) | 수소(㎖/㎠.min.atm) | 질소(㎖/㎠.min.atm) | 선택도(H2/N2) |
| 2.2 | 181 | 15 | 11.5 |
| 5.0 | 121 | 24 | 4.8 |
| 7.3 | 97 | 22 | 4.2 |
| 14.7 | 84 | 26 | 3.2 |
실시예 1과 비교할 때 각 가스의 투과량은 6배 이상 증가된 반면, 선택도는 3배 감소되는 결과를 나타낸 점으로 볼 때 분리막내 세공 직경의 증가 현상이 발생된 것을 알 수 있다.
<실시예 3>
실시예 2와 동일하게 분리막을 제조하고 열처리를 수행하였다. 다만, 0.15㎛의 분말 외표면에는 알루미늄을 코팅하였다. 코팅방법은 다음과 같다.
알루미늄나이트레이트를 증류수에 용해한 다음, 니켈분말을 첨가하고 10분간 교반한 다음에 0.1mol의 NaBH4 수용액을 서서히 적하하여 용액의 pH를 8로 감소시켜 알루미늄 성분을 니켈분말의 외표면에 코팅하였다. 코팅된 분말은 증류수를 이용하여 3회 수세한 다음 건조하여 사용하였다.
투과량 측정결과 표 3에 정리한 바와 같이 수소의 투과량은 45∼15㎖/㎠.min.atm, 질소의 투과량은 2∼3㎖/㎠.min.atm으로 수소/질소의 선택도는 21.5∼4.6 수준으로 나타났다.
<표 3> 실시예 3에 따른 수소와 질소의 투과량 및 선택도(H2/N2)
| 압력차(psi) | 수소(㎖/㎠.min.atm) | 질소(㎖/㎠.min.atm) | 선택도(H2/N2) |
| 2.2 | 45.1 | 2.1 | 21.5 |
| 5.0 | 26.3 | 2.7 | 9.5 |
| 7.3 | 20.1 | 2.8 | 7.1 |
| 14.7 | 15.8 | 3.4 | 4.6 |
실시예 1과 비교할 때 각 가스의 투과량은 1.5배 이상 증가된 반면, 선택도는 1.5배 감소되는 결과를 나타낸 점으로 볼 때 분리막 소결에 대하여 안정성 100％의 확보는 불가능하지만, 실시예 2와 비교할 때 선택도의 감소 폭은 매우 적게 나타났다. 따라서 이러한 점으로 볼 때 니켈분말의 외 표면에 알루미늄을 코팅하는 방법이 니켈계 다공성 분리막에 열적 안정성을 부여할 수 있는 기법으로 평가된다.
<실시예 4>
상기 실시예 3의 분리막에 대하여 이산화탄소, 프로판, 메탄에 대한 투과량을 측정하였다.
각 가스의 투과량을 측정하여 수소에 대한 선택도를 계산한 결과 하기 표 4에 정리한 바와 같이 이산화탄소의 분리도가 가장 높게 43∼6.7을 나타내는 반면 분자량 크기가 가장 작은 메탄의 분리도가 가장 낮게 8.6∼3.4로 나타났다. 주목할 점은 분리막 양측의 압력차가 14.7psi로 높은 상태에서도 측정된 모든 가스에 대한 누센 확산 범위를 크게 능가하는 성능을 얻을 수 있었다.
<표 4> 실시예 4에 따른 각 가스의 선택도
| 압력차(psi) | H2/N2 | H2/CO2 | H2/CH4 | H2/C3H8 |
| 2.2 | 21.5 | 43.0 | 8.6 | 21.5 |
| 5.0 | 9.5 | 14.2 | 5.7 | 9.5 |
| 7.3 | 7.1 | 9.1 | 4.3 | 7.1 |
| 14.7 | 4.6 | 6.7 | 3.4 | 4.6 |
| 누센확산 | 3.7 | 4.7 | 1.8 | 4.7 |
<비교예 1>
상기 실시예 1과 같이 분리막을 제조하여 수소, 질소에 대한 투과량을 측정하였다. 다만, 니켈분말을 5㎛의 단일입경 분말을 사용하여 다공성 분리막을 제조하였다. (도 4참조)
투과량의 측정결과 하기 표 5에 정리한 바와 같이, 수소의 투과량은 58∼24㎖/㎠.min.atm, 질소의 투과량은 4.2∼6.7cm/㎠.min.atm으로서 선택도(H2/N2)는 14.0∼3.6으로 저조하게 나타났다. 특히, 질소의 투과량을 보면 실시예 1과 비교할 때 저압상태(2.2psi)에서도 매우 큰 투과량을 보인 점으로 볼 때 평균기공의 분포가 매우 큰 점을 확인할 수 있다. 따라서 마이크로 범위의 단일 니켈분말 압착에 의한 다공성 분리막의 제조에 한계점을 볼 수 있다.
<표 5> 비교예 1에 따른 수소와 질소의 투과량 및 선택도(H2/N2)
| 압력차(psi) | 수소(㎖/㎠.min.atm) | 질소(㎖/㎠.min.atm) | 선택도(H2/N2) |
| 2.2 | 58.8 | 4.2 | 14.0 |
| 5.0 | 35.5 | 5.5 | 6.4 |
| 7.3 | 29.8 | 5.9 | 5.0 |
| 14.7 | 24.8 | 6.7 | 3.6 |
<비교예 2>
상기 비교예 1과 같이 다공성분리막을 제조하여 수소와 질소에 대한 투과량을 측정하였다. 다만, 니켈분말을 0.15㎛의 단일성분을 사용하여 다공성 분리막을 제조하였다. (도 5참조)
투과량의 측정결과 하기 표 6에 정리한 바와 같이, 수소의 투과량은 73∼17㎖/㎠.min.atm, 질소의 투과량은 3.1∼3.7cm/㎠.min.atm으로서 선택도(H2/N2)는 23.3∼4.7로 저조하게 나타났다.
비교예 1에서 사용된 니켈분말에 비하여 평균입경이 1/33 수준의 초미세분말을 사용하였음에도 불구하고 실시예 1의 혼합분말을 이용하여 제조된 분리막에 비해서 낮은 선택도를 나타냈다. 따라서 본 발명과 같이 압착에 의한 수소 분리막의 제조 공정에서 다입경분포를 갖는 분말의 사용은 분리도에서 절대적인 사항임을 보여주는 결과로 평가된다.
<표 6> 비교예 2에 따른 수소, 질소의 투과량 및 선택도(H2/N2)
| 압력차(psi) | 수소(㎖/㎠.min.atm) | 질소(㎖/㎠.min.atm) | 선택도(H2/N2) |
| 2.2 | 73.5 | 3.1 | 23.3 |
| 5.0 | 41.1 | 3.7 | 11.1 |
| 7.3 | 33.0 | 3.7 | 8.7 |
| 14.7 | 17.9 | 3.7 | 4.7 |
본 발명에 의한 수소분리막은 기존 팔라듐계 치밀 분리막이 가지고 있던 적은 투과량, 및 스테인레스 금속지지체의 수소 취성문제를 동시에 해결하고 있다. 또한, 본 발명에 의한 수소분리막은 신터링을 억제하는 금속을 분말에 코팅함으로써 열적안정성을 더욱 개선시킬 수 있으며, 분리막의 제조시 공정이 간단하고 저렴하여 대량생산에도 적합하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (11)
- 수소에 대한 흡착특성을 가지는 미세입자를 압착성형하여 제조되는 수소분리막에 있어서, 상기 미세입자는 평균입경이 0.01∼0.5㎛인 제1금속분말 0.5∼50 중량％ 및 평균입경이 0.8∼10㎛인 제2금속분말 50∼99.5 중량％로 구성됨을 특징으로 하는 수소분리막
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 제1금속분말은 표면에 Al, Si, Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Ag의 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속이 코팅되어진 것임을 특징으로 하는 수소분리막
- 제 1항에 있어서, 제2금속분말은 전처리로서 200∼500℃ 수소분위기에서 환원시킨 것임을 특징으로 하는 수소분리막
- 제 1항에 있어서, 제1금속분말 또는 제2금속분말은 니켈분말인 것을 특징으로 하는 수소분리막
- 수소에 대한 흡착특성을 가지는 미세입자를 포함하는 수소분리막의 제조방법에 있어서, 평균입경이 0.01∼0.5㎛인 제1금속분말 0.5∼50 중량％ 및 평균입경이 0.8∼10㎛인 제2금속분말 50∼99.5 중량％를 혼합하는 단계; 상기 혼합분말을 소정의 압력하에 가압성형하는 단계; 및 상기 성형체를 수소분위기에서 소성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수소분리막의 제조방법
- 제 7항에 있어서, 압착성형은 1∼20톤/㎠의 압력하에 수행되어짐을 특징으로 하는 수소분리막의 제조방법
- 제 7항에 있어서, 제1금속분말은 표면에 Al, Si, Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Ag의 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속이 코팅되어진 것임을 특징으로 하는 수소분리막의 제조방법
- 제 7항에 있어서, 제2금속분말은 전처리로서 200∼500℃ 수소분위기에서 환원시킨 것임을 특징으로 하는 수소분리막
- 제 7항에 있어서, 제1금속분말 또는 제2금속분말은 니켈분말인 것을 특징으로 하는 수소분리막
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