RU2009139128A

RU2009139128A - Проточный модуль для мембранного катализа и газоразделения и способ его изготовления

Info

Publication number: RU2009139128A
Application number: RU2009139128/05A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Игоревич Петухов (RU); Дмитрий Игоревич Петухов; Андрей Анатольевич Елисеев (RU); Андрей Анатольевич Елисеев; Кирилл Сергеевич Напольский (RU); Кирилл Сергеевич Напольский; Юрий Павлович Ямпольский (RU); Юрий Павлович Ямпольский
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-06-10
Also published as: RU2455054C2

Abstract

1. Устройство ассиметричного проточного модуля для мембранного катализа и газоразделения при температуре до 1000°С на основе анодного оксида алюминия с заданной архитектурой пор контролируемого диаметра в диапазоне от 5 до 500 нм и узким распределением пор по размерам на крупнопористой керамической подложке с обеспечением возможности регенерирования устройства в случае засорения органическими веществами путем отжига в окислительной атмосфере. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что слой анодного оксида алюминия выполнен в виде мезопористой пленки, характеризующейся толщиной от 10 до 500 мкм, и расположен с внутренней или с внешней стороны по отношению к крупнопористой подложке. ! 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что заданная архитектура сквозных пор слоя анодного оксида алюминия, перпендикулярных плоскости мембраны, включает разделение поры большего диаметра на несколько пор меньшего диаметра или объединение нескольких пор меньшего диаметра в пору большего диаметра, при этом все поры на одинаковой глубине от поверхности мембраны обладают одинаковым диаметром. ! 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что среднее расстояние между центрами пор в слое анодного оксида алюминия составляет от 20 до 700 нм. ! 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пористость слоя анодного оксида алюминия составляет от 5 до 35%. ! 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дисперсия диаметров пор в слое анодного оксида алюминия составляет не более 15%. ! 7. Способ изготовления проточного модуля для мембранного катализа и газоразделения по п.1, включающий закрепление алюминиевого цилиндра на крупнопористой трубке или в ней и формир

Claims

1. Устройство ассиметричного проточного модуля для мембранного катализа и газоразделения при температуре до 1000°С на основе анодного оксида алюминия с заданной архитектурой пор контролируемого диаметра в диапазоне от 5 до 500 нм и узким распределением пор по размерам на крупнопористой керамической подложке с обеспечением возможности регенерирования устройства в случае засорения органическими веществами путем отжига в окислительной атмосфере.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что слой анодного оксида алюминия выполнен в виде мезопористой пленки, характеризующейся толщиной от 10 до 500 мкм, и расположен с внутренней или с внешней стороны по отношению к крупнопористой подложке.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что заданная архитектура сквозных пор слоя анодного оксида алюминия, перпендикулярных плоскости мембраны, включает разделение поры большего диаметра на несколько пор меньшего диаметра или объединение нескольких пор меньшего диаметра в пору большего диаметра, при этом все поры на одинаковой глубине от поверхности мембраны обладают одинаковым диаметром.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что среднее расстояние между центрами пор в слое анодного оксида алюминия составляет от 20 до 700 нм.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пористость слоя анодного оксида алюминия составляет от 5 до 35%.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дисперсия диаметров пор в слое анодного оксида алюминия составляет не более 15%.

7. Способ изготовления проточного модуля для мембранного катализа и газоразделения по п.1, включающий закрепление алюминиевого цилиндра на крупнопористой трубке или в ней и формирование заготовки, анодное окисление алюминия, удаление слоя неокисленного алюминия, удаление барьерного слоя, контролируемое увеличение диаметра пор и нанесение каталитически активных частиц.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что для закрепления алюминиевого цилиндра на крупнопористой трубке или в ней используют метод термической усадки: для формирования активного слоя анодного оксида алюминия на внешней поверхности алюминиевый цилиндр точно подобранного диаметра одевают на керамическую трубку при температуре 200-600°С и затем охлаждают до комнатной температуры, или для формирования активного слоя анодного оксида алюминия на внутренней поверхности алюминиевый цилиндр точно подобранного диаметра вдевают в керамическую трубку при температуре кипения жидкого азота - 77 К и затем нагревают до комнатной температуры.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что для анодного окисления алюминия и формирования пористой мембраны на внутренней поверхности мембранного модуля заготовку помещают в растворяющий электролит, например, растворы H₂C₂O₄, H₃PO₄, H₂SO₄, C₃H₄O₄ в воде или водно-метанольной смеси, таким образом, чтобы внутренняя поверхность алюминиевого цилиндра не была заполнена электролитом, и проводят анодное окисление при напряжениях от 5 до 300 В.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что для анодного окисления алюминия и формирования пористой мембраны на внешней поверхности мембранного модуля заготовку заполняют растворяющим электролитом, например, растворы H₂C₂O₄, H₃PO₄, H₂SO₄, C₃H₄O₄ в воде или водно-метанольной смеси, или прокачивают электролит через алюминиевый цилиндр и проводят анодное окисление.

11. Способ по п.7, отличающийся тем, что анодное окисление алюминия проводят при температурах -15-70°С.

12. Способ по п.7, отличающийся тем, что для получения заданной архитектуры пор анодное окисление проводят в несколько этапов при различных напряжениях U в интервале от 5 до 300 В, при этом формируют поры диаметра, определяемого по формуле d=k*U, где k изменяется в диапазоне от 0,6 до 2 в зависимости от конкретного электролита.

13. Способ по п.7, отличающийся тем, что удаление слоя неокисленного алюминия после анодного окисления проводят в окисляющих растворителях, например, в 10% растворе Br₂ в метаноле, либо в растворе CuCl₂ в 10% HCl.

14. Способ по п.7, отличающийся тем, что удаление барьерного слоя на границе раздела Al/анодный Al₂O₃ для создания открытой пористости проводят химическим травлением мембраны в слаборастворяющих электролитах, например, в 5% фосфорной кислоте.

15. Способ по п.7, отличающийся тем, что для контролируемого увеличения диаметра пор в мембранном модуле используют химическое травление анодного оксида алюминия, причем травление проводят в том же электролите, в котором проводят анодирование, но при температуре электролита на 30°С выше, чем в условиях анодирования.

16. Способ по п.7, отличающийся тем, что в готовом мембранном модуле стенки пор анодного оксида алюминия модифицированы с целью создания модуля для проточного катализа путем нанесения оксидных или металлических каталитически активных частиц.