[发明专利]在基材上形成Pd-Au合金层的方法

说明书

本发明涉及一种在基材上制备钯‑金合金层的方法。具体而言，本发明涉及该方法形成的钯‑金合金涂覆的钒或钒合金气体分离膜，所述钯‑金合金涂覆的钒或钒合金气体分离膜包括厚度为100纳米至5微米且组成为Pd₆₀Au₄₀至Pd₉₅Au₅的钯‑金合金涂层。所述钯‑金合金涂覆的钒或钒合金气体分离膜具有更高的表面纹理和/或粗糙度。

本申请是申请日为2017年06月06日的PCT国际申请PCT/AU2017/050554的分案申请，原申请为发明专利申请，进入中国国家阶段的申请号为201780041079.4，名称为“在基材上形成Pd-Au合金层的方法”。

技术领域

本发明总体上涉及在基材上形成Pd-Au合金层的方法。本发明特别适用于在钒或钒合金膜的表面上形成催化耐硫层，并且方便的是在下文中关于该示例性应用公开本发明。然而，应当理解的是，本发明不限于该应用，并且可以作为合金层应用于各种金属基材。

背景技术

以下对本发明背景技术的讨论旨在促进对本发明的理解。然而，应当理解的是，该讨论不是承认或确认所提及的任何材料在本申请的优先权日期已公布、已知或是公知常识的一部分。

氢(H₂)的天然存在不是很丰富，并且在工业实践中，它是通过烃类燃料(如煤、石油或天然气)的转化，或通过氨(NH₃)的分解产生的。这些生产路线各自都产生含有H₂和未反应的进料气体(例如CH₄、H₂O、NH₃)以及副产物(如CO₂、CO和N₂)的不纯气流。对于许多应用，必须将H₂与该混合气流分离。

目前正在开发用于从混合气流中分离H₂的基于膜的分离技术。一般而言，膜是一种物质可选择性渗透的近似二维结构。在气体分离的情况下，膜允许一种物质选择性地渗透(通常为H₂)，同时阻挡其他物质(例如CO、CO₂、H₂O、N₂、H₂S等)。氢选择性膜可以由无机、金属或陶瓷材料制成，每种材料都具有特有的氢通量、操作温度和选择性。

催化膜反应器(CMR)将氢选择性膜与水气变换催化剂结合，从而能够产生和分离H₂。CMR通常在高达450℃的温度下操作，以便为WGS反应提供有利的快速动力学，并且对于甲烷重整反应器，温度高达600℃。此外，CMR能够获得大于平衡的转化，因为通过膜的H₂产物的连续消耗将WGS反应推向产物侧。原位连续萃取H₂可使CO转化率接近100％。

钯是最著名的膜材料，具有在300℃～600℃之间渗透氢的能力，同时耐受合成气物质(如CO和H₂O)。然而，钯的高成本(545USD/盎司(2016))促使研究朝向减少其消耗，最显著的是通过与较便宜的金属合金化，并通过在具有极细孔的支撑结构上沉积非常薄(5μm)的层来最小化厚度。

许多其他金属表现出非常高的氢渗透性，最值得注意的是钒、钛、钽和锆。在350℃时，这些金属的氢渗透性比钯大约两个数量级，并且原材料价格明显降低。在这些金属中，V具有最宽的合金化范围，这意味着它具有最广泛的改变合金性能的范围以满足氢分离膜的要求。在申请人的美国专利公开US No.20150368762A1中教导了在CMR中使用的钒基膜的一个实例。