日科研機(jī)構(gòu)開發(fā)出利用鈀膜的高純度氫氣分離提純模塊
2014-05-11 19:20:10
admin
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據(jù)技術(shù)在線2010年3月4日訊 日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）環(huán)境化學(xué)技術(shù)研究部門確立了8μm厚鈀（Pd）薄膜箔的制備技術(shù)，由此用于半導(dǎo)體制造設(shè)備的99.99999999%（十個九）高純度氫氣（供）提純模塊的開發(fā)及實(shí)用化初顯眉目。產(chǎn)綜研的風(fēng)險開發(fā)中心已開始基于該研究成果，對從事氫氣提純模塊業(yè)務(wù)的風(fēng)險企業(yè)的開發(fā)戰(zhàn)略提供支援。
環(huán)境化學(xué)技術(shù)研究部門膜分離工藝組長原重樹的研發(fā)小組，一直在利用鈀膜能夠只令氫氣透過的特性，推進(jìn)氫氣分離及提純膜面的開發(fā)。此次開發(fā)的方法是，在聚酰胺（尼龍）等工程樹脂底板表面涂布含有鈀離子的聚合物，制成聚合物層，并通過基于熱處理的還原反應(yīng)使鈀微粒子在聚合物表面大量析出。接著將該表面狀態(tài)的底板浸入含有鈀離子的非電鍍鈀液中，將鈀微粒子作為結(jié)晶的生長核，使之成長成厚8μm左右的鍍層。然后再以有機(jī)溶劑去除聚合物層，從而獲得鈀膜（見照片）。目前可制備的鈀膜尺寸為80mm×90mm左右。在氫氣提純模塊的實(shí)證試驗(yàn)中，將其中心部分的30mm×60mm用作了鈀膜箔。
以非電鍍法制成的厚8μm的鈀膜
將鈀膜固定在經(jīng)過某種處理的支撐體上制成分離提純膜，就獲得了氫氣提純模塊。讓主要成分為氫氣的混合氣體在400℃及200kPa條件下透過鈀膜，用氣相色譜儀對透過后的氣體進(jìn)行質(zhì)量分析，結(jié)果證實(shí)只透過了氫氣。該透過實(shí)驗(yàn)表明，制備的鈀膜是無結(jié)晶缺陷的多結(jié)晶膜。雖然目前業(yè)內(nèi)還在開發(fā)由精密軋制制備鈀膜的方法，但該方法尚未制備成功無結(jié)晶缺陷的鈀膜。
由于鈀單位重量價格昂貴，因此做得薄便可降低材料成本。原重樹表示，與純鈀相比，含有23～25%銀（Ag）原子的鈀合金其氫氣穿透能力更出色，因此今后計劃開發(fā)由鈀銀合金（Pd-Ag）及鈀銅（Pd-Cu）合金制成的薄膜。這樣還可通過合金化在實(shí)現(xiàn)高性能的同時降低材料成本。另外還將同步開發(fā)完全不含鈀的鋯鎳（ZrNi）金屬玻璃膜。
原重樹計劃設(shè)立風(fēng)險企業(yè)，利用風(fēng)險開發(fā)中心的業(yè)務(wù)啟動平臺——開發(fā)戰(zhàn)略特別工作組的機(jī)制，開展氫氣提純模塊業(yè)務(wù)。市場調(diào)查顯示，為制造LED的MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，有機(jī)金屬氣相成長）設(shè)備提供氫氣的氫氣提純裝置的市場正在不斷擴(kuò)大，因此制定了面向該領(lǐng)域的氫氣提純模塊的實(shí)用化計劃。該模塊的銷售價格預(yù)定為400萬日元左右。該模塊業(yè)務(wù)打算與半導(dǎo)體廠商及半導(dǎo)體制造設(shè)備廠商聯(lián)手啟動。投產(chǎn)時估計還需要降低鈀膜支撐體等加工成本的改進(jìn)。