The effect of the catalytic layer composition on the hydrogen permeability of assymetric tantalum-based membranes
DOI:
https://doi.org/10.31643/2020/6445.40Ключевые слова:
композиционная мембрана, тантал, металлическое каталитическое покрытие, водородопроницаемость, дилатация.Аннотация
В работе представлены результаты измерения водородопроницаемости мембран из фольги тантала толщиной 40 мкм, с одной стороны покрытых металлической пленкой различной толщины. Измерения проведены при контакте мембран с газовой смесью аргона и водорода технической чистоты в соотношении 1/5 при избыточном давлении 500 кПа при 580-585°С. Показано, что пленки металлов Mo, Re, W, Cu, Co и Ni, нанесенные на поверхность танталовой мембраны со стороны, обращенной к водородсодержащей газовой смеси, повышают ее водородопроницаемость. Степень влияния этих металлов возрастает в указанном ряду слева на право. Влияние на водородопроницаемость мембран из тантала, сопоставимое с нанесением пленки Pd и превосходящее его, оказывает осаждение пленок Cu, Co и Ni. Это объясняется высоким уровнем водородопроницаемости этих металлов и каталитической активностью их поверхности, приводящей к интенсивной диссоциации водорода. С уменьшением толщины металлических пленок величина водородопроницаемости мембран закономерно растет, однако, очевидно, что эта закономерность не линейна. С течением времени водородопроницаемость мембран с пленками Cu, Co и Ni снижается, что объясняется сегрегацией кислорода на поверхности раздела Та мембрана / пленка, а также процессами на поверхности мембраны, контактирующей с газовой смесью. Природа этих процессов требует изучения, поскольку при этой температуре низшие оксиды этих металлов восстанавливаются водородом.
Скачивания
Библиографические ссылки
Dolan M.D. (2010). Non-Pd BCC alloy membranes for industrial hydrogen separation. // Journal of Membrane Science. 362, 12–28. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2010.06.068 (In Eng.).
Sarker S., Chandra D., Hirsche M. and over. (2016).Developments in the Ni–Nb–Zr amorphous alloy membranes.//Applied physics A. Materials ScienceProcessing.P.122-168. https://doi.org/10.1007/s00339-016-9650-5 (In Eng.).
Ding H. Y., Zhang W., Yamaura S.I., YaoK.F. (2013). Hydrogen permeable Nb-based аmorphous аlloys with high thermal stability.//Materials Transactions. 54 (8), 1330-1334. https://doi.org/10.2320/matertrans.MF201310 (In Eng.).
Panichkin A.V.,Derbisalin A.M., Mamayeva A.A., Dzhumabekov D.M.,Imbarova A.T. (2017).Hydrogen permeability of membranes based on niobium andtantalum foils in the atmosphere of technical purity hydrogen. // Kompleksnoe Ispol’zovanie Mineral’nogo Syr’a. = Complex Use of Mineral Resources = Mineraldik Shikisattardy Keshendi Paidalanu.3, pp. 42-47. https://doi.org/10.31643/2018/166445 (in Eng).
Busnyuk A.O.,Notkin M.E.,Grigoriadi I.P.,Alimov V.N.,Livshits A.I. (2010). Termicheskaya degradatsiya palladiyevogo pokrytiya vodorodopronitsayemykh membran iz niobiya[Thermal degradation of the palladium coating of hydrogen permeable niobium membranes]. // Zhurnal tekhnicheskoy fiziki.80(1). 117-124. (in Rus).
Young S.J ., Chan H.L., Seong Y.K., Kwan Y.L., Chang W.Y., Suk W.N., Jonghee H. (2018). Characterization of a Pd/Ta composite membrane and its application to a large scale high-purity hydrogen separation from mixed gas.// Separation and Purification Technology.200. 221-229. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.12.019 (In Eng.).
Livshits A.I., Notkin M.E.,Alimov V. N., Busnyuk // Patent RF 129416. 11.09.2012. Membrana dlya vydeleniya vodoroda iz gazovykh smesey[Membrane for hydrogen recovery from gas mixtures]. A.O.(in Rus).
Hatano Y., Ishiyama K., Homma H., Watanabe K.(2007). Improvement of high temperature stability of Pd coating on Nb by intermediate layer comprising NbC and Nb2C. //Journal of Alloys and Compounds.446 –447, 539-542.(InEng.).
Hatano Y., Ishiyama K., Homma H., Watanabe K.(2007). Improvement in high temperature stability of Pd coating on Nb by Nb2C intermediate layer. // International Journal of Hydrogen Energy.32, 615-619. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.06.045 (In Eng.).
Dye R.C., Snow R. //. Патент. США.6,214,090. 10.04.2001. Thermally tolerant multilayer metal membrane. (In Eng.).
Karthikeyan A., Martindale C., MartinS.W. (2004).Preparation and characterization of new proton conducting chalcogenide glasses. // Journal of Non-Crystalline Solids. 349,215-222. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.145 (In Eng.).
NozakiT., HatanoY. (2013). Hydrogen permeation through a Pd/Ta composite membrane with a HfN intermediate layer. // International Journal of Hydrogen Energy.38(27), P. 11983-11987. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.07.012 (In Eng.).
Glazunov G.P.. Azhazha V.M.,Andreyev A.A.,Baron D.I.,Volkov E.D.,Konotopskiy A.L.,Neklyudov I.M.,SvinarenkoA.P. (2007). Kinetika proniknoveniya vodoroda v dvukhsloynykh diffuzionnykh sistemakh na osnove tsirkoniya i palladiya[Kinetics of hydrogen permeation in two-layer diffusion systems based on zirconium and palladium]. // Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriya: Fizika radiatsionnykh povrezhdeniy i radiatsionnoye materialovedeniye.6. 13-17. (in Rus).
Glazuno G.P. (1995). Issledovaniye vliyaniya tonkikh metallicheskikh plenok na vodorodopronitsayemost palladiyevykh membran pri nizkikh davleniyakh[Study of the effect of thin metal films on the hydrogen permeability of palladium membranes at low pressures]. // Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriya. Vakuum. chistyye metally. sverkhprovodniki. 1. 72-80.(in Rus).
StewardS. A.// ReviewofHydrogenIsotope permeabilityThrough Materials. LawrenceLivermoreNationalLaboratoryReportUCRL-53441. DE84007362. Available from: National Technical Information Service, US Department of Commerce, Springfield, VA, USA, 1984. https://doi.org/10.2172/5277693 (In Eng.).
Robert E. Buxbaum, Terry L. Marker. (1993). Hydrogen transport through non-porous membranes of palladium-coated niobium, tantalum and vanadium. //Journal of Membrane Science.85, 29-38. https://doi.org/10.1016/0376-7388(93)85004-g (In Eng.).
Basile A.(2013). Handbook of Membrane Reactors 1st Edition. Reactor Types and Industrial Applications.Woodhead Publishing. 968.(In Eng.).
GlazunovG.P., VolkovE.D., HassaneinA. (2000). Hydrogen behavior in bimetallic systems: permeation through thin metal films. //Problems of Atomic Science and Technology. Series: Plasma Physics (5).3. 102-104.(In Eng.).
Panichkin A.V., Kenzhaliyev B.K., Derbisalin A.M., Mamayeva A.A., Dzhumabekov D.M. (2017). Hydrogen permeable membranes based on niobium foils coated with layer of tungsten and molybdenum in niobium solid solution characteristics research.// 2nd International Symposium on Mechanical Engineering and Material Science.134, 38-41. (InEng.).
CheolY.K., HongS.C., GuY., KyoungW.P., Eric F. (2010). Hydrogen Permeation of Pd-Free V-Based Metallic Membranes for Hydrogen Separation and Purification // Materials Science Forum.654-656, 2831-2834.(In Eng.).
Yamaura S., Inoue A. (2010). Effect of surface coating element on hydrogen permeability of melt-spun Ni40Nb20Ta5Zr30Co5amorphous alloy // Journal of Membrane Science. 138-144.(In Eng.).
Panichkin A.V., Derbissalin A.M., Imbarova A.T., Dzhumabekov D.M., AlibekovZh.Zh. (2017). Improvement of methodology and equipment for determination of hydrogen performance of thin flat metallic membranes // Kompleksnoe Ispol’zovanie Mineral’nogo Syr’a. = Complex Use of Mineral Resources = Mineraldik Shikisattardy Keshendi Paidalanu.2, pp. 46-52. https://doi.org/10.31643/2018/166445 (In Eng.).
Rothenberger K.S., Howard B.H., Cugini A.V., Enick R.M., Bustamante F., Ciocco M.V., Morreale B.D., Buxbaum R.E. (2002). Hydrogen permeability of tantalum-based membrane materials at elevated temperature and pressure. //Fuel Chemistry Division Preprints.47(2), 814-815.(In Eng.).
Samhun Y., Ted S.O. (2011). Correlations in palladium membranes for hydrogen separation: A review. //Journal of Membrane Science.375, 28–45.(In Eng.).
VincencN., JanezK., CristianL.,PorosnicuC.(2014). Characterization of tungsten films and their hydrogen permeability. JournalofVacuumScience&TechnologyAVacuumSurfacesandFilms. 32(6):061511.(In Eng.).
Keiichiro U.K.,Katayama., FukadaD.S.(2015). Hydrogen gas driven permeation through tungsten deposition layer formed by hydrogen plasma sputtering.// Fusion Engineering and Design. 98–99, 1341-1344.(In Eng.).
RothenbergerK.S.,HowardB.H., KillmeyerR.P., CuginiA.V., EnickR.M., BustamanteF., CioccoM.V., MorrealeB.D., Buxbaum R.E.(2003). Evaluation of tantalum-based materials for hydrogen separation at elevated temperatures and pressures. // Journal of Membrane Science.218, 19–37.(In Eng.).
TanabeT., YamanishiY., ImotoS.(1992). Hydrogen permeation and diffusion in molybdenum. // JournalofNuclearMaterials. 191–194, 439–443. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(09)80083-4 (In Eng.).
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2020 Panichkin, A., Kenzhaliyev, B., Kenzhegulov, А., Imbarova, А., Кarboz, Z., & Shah, А.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 3.0 Непортированная.
