[发明专利]多孔基材的修饰方法及经修饰的多孔基材

说明书

技术领域

本发明是涉及一种多孔基材的修饰方法及经修饰的多孔基材，且特别是一种可应用于分离气体的多孔基材的修饰方法。

背景技术

氢能在使用上对环境危害低且可不断循环被利用，为近年来备受看好的新兴能源。水蒸汽重组为主要的产氢反应，然而水蒸汽重组反应为高吸热反应，受限于热力学限制需要非常高的反应温度才能达到足够的转化率。在反应压力为1000kPa，水/甲烷比值为3时若要达到90%的甲烷转化率，所需的反应温度为850°C。倘若在水蒸汽重组反应中能及时将90%的氢气移除出来，则所需的反应温度仅需500°C。钯或其合金膜可用于分离、纯化氢气，于水蒸汽重组反应器中加入钯或其合金膜，利用钯的选择性透氢机制，在反应过程分离出氢气藉此破坏热力学平衡，提升反应转化率。钯金属的透氢机制为在氢气浓度高的一端(反应端)，氢气会吸附在钯的表面解离成氢原子，随后溶入钯金属内部扩散到氢气浓度低的一端(渗透端)，氢原子在钯金属表面键结成氢分子而脱附。氢气通量为其中Q₀为渗透常数，L为钯膜厚度，E为渗透活化能，氢气通量除了受到温度和压力影响外，钯膜本身更是影响氢气通量的主要因素，其可透氢量和膜厚成反比，钯膜厚度越薄，可通过的氢气通量越高且所需成本低，但是过薄的纯钯膜块无法承受高温高压的反应环境，因此发展出钯复合膜，将钯金属析镀在多孔基材上，以提高薄膜的强度和氢气通量。近几年来，钯复合膜广泛地被研究，常见的多孔基材有多孔不锈钢、多孔陶瓷材料等。多孔陶瓷材料具有价格便宜、孔洞小且均匀、表面粗糙度低的优点，有助于制备致密薄膜，但是陶瓷材料和钯金属的热膨胀系数差异大，在高温下容易产生钯膜剥离的现象，且陶瓷材料易脆，和反应器的组装困难。相较之下，多孔不锈钢基材热膨胀系数和钯金属接近且易与反应器组装，机械强度和延展性好，为反应器中钯复合膜较常使用的基材。多孔不锈钢基材缺点为表面孔洞过大且大小分布不均匀。Mardilovich等人发现以无电镀法在多孔不锈钢基材上析镀钯膜，欲得到致密钯膜所需的膜厚约为基材最大孔洞的三倍，因此若基材孔洞越大则所需的致密钯膜厚度越大，氢气通量和钯膜厚度成反比关系，进而无法得到较高的氢气通量。因此对于多孔不锈钢基材做修饰层是必要的。常见的基材孔洞修饰方法为在基材表面覆盖一层氧化物(氧化硅、氧化铝及氧化锆等)，除了用以缩小基材孔洞外还可当作扩散阻碍层。在文献中，是使用氧化铝粒子填塞金属多孔基材使表面平整化，其可降低所获得致密钯膜所需的膜厚度，使表面获得平整化，但有附着性不佳导致钯膜使用寿命缩减及氢气纯化效果不佳等缺点。因此亟需发展出一种在多孔基材上制备出适当修饰层的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔基材的修饰方法，以使得多孔基材与其上的金属氧化物层有良好的贴附性。

本发明提供一种多孔基材的修饰方法，包括下列步骤：披覆至少一金属氢氧化物层于一多孔基材上；及锻烧该具有金属氢氧化物层的多孔基材，以将该金属氢氧化物层转化为一具有连续相的金属氧化物层，形成一经修饰的多孔基材。

本发明还提供一种经修饰的多孔基材，包括：一多孔基材；及一具有连续相的金属氧化物层，披覆于该多孔基材上，其中该具有连续相的金属氧化物层是含第二金属的第一金属的氧化物，且该第一金属与该第二金属相异。

本发明的多孔基材的修饰方法的优点在于：(1)金属氧化物层与多孔基材具有良好贴附性；(2)金属氧化物层具有均匀厚度；(3)金属氧化物层可作为一中间层以将多孔基材与具有气体选择性的膜层结合，以作更广泛的运用；及(4)通过填充粒子填塞多孔基材使表面平整化，且降低具有气体选择性的膜层所需的膜厚度。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，作详细说明如下：

具体实施方式

以下特举出本发明的实施例，作详细说明。当某一层被描述为在另一层(或基底)上或上方时，其可代表该层与另一层(或基底)为直接接触，或两者之间另有其它层存在。另外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。

本发明是有关一种多孔基材的修饰方法及一种经修饰的多孔基材，其中先形成一金属氢氧化物层于多孔基材上，再锻烧金属氢氧化物层使其转化成一具有连续相的金属氧化物层，完成多孔基材的修饰，以下将对其相关细节叙述讨论。