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研究生: 吳俊偉
論文名稱: 鈀銀合金複合膜管之製備與其結構性質之分析模擬
指導教授: 周更生
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
中文關鍵詞: 無電電鍍鈀銀合金膜分離氫氣多孔不鏽鋼
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  • 本研究是利用無電電鍍方式,在多孔不鏽鋼圓管上鍍一層緻密的鈀銀合金膜。由於圓管拋光後其表面孔洞太大,因此藉由填塞氧化鋁粒子/奈米級銀粒子混合物來縮小孔洞大小,此時氮氣透氣率在室溫、壓力一大錶壓下,約為1×10^-5 mol/m^2-s-Pa。填塞後之基材,表面披覆一層奈米級銀粒子,再以熱處理將之燒結固定,作為無電電鍍之活性點。最後無電電鍍三次,將鍍出的膜管以400℃、5% H2/95% N2的氣氛下熱處理150min,使之成為合金。而根據鍍膜前後之重量差,換算膜厚約為5.7μm,此膜管在350℃、壓力一大錶壓下,H2/N2選擇率為104,氫氣透氣率為1.92×10^-7 mol/m2-s-Pa。
    另外,我們亦利氣體穿透多孔介質時之機制,即Poiseuille flow和Knudsen diffusion機制,去計算出經由拋光、清洗後之多孔不鏽鋼管(即基材層)的平均孔洞半徑為7.02 μm;填塞後平均孔洞半徑為0.21 μm;而所鍍上的鈀銀膜結構的平均孔洞半徑為34.2 nm。最後再將兩種流動機制配合氫氣溶解穿透鈀膜之solution-diffusion機制,利用氫氣及氮氣穿透膜管數據,可計算在350℃下,氫氣透過完全緻密之鈀銀膜的透氣率為7×10^-7 mol/m2-s-Pa^0.9。

    針對薄膜反應器之實驗,由於反應過程中,鈀銀膜之剝落,因此並未達到回收純化氫氣之效果,此問題尚需改善之。


    一. 前言 1 二. 文獻回顧 2 2-1無機濾膜 2 2-2氫氣於緻密鈀膜之傳送機制 4 2-3鈀金屬氫氣分離膜製備方法 7 2-4本實驗室過去之作法及成果 9 2-5甲醇製氫氣反應 11 2-6薄膜反應器(membrane reactor) 12 2-7氣體在多孔介質內的流動機制 14 2-7-1 Knudsen diffusion穿透多孔介質機制 15 2-7-2 Poiseuille flow穿透多孔介質機制 17 2-7-3利用流動機制求得多孔介質的結構 18 2-8計算鈀膜之選擇率 23 三. 實驗 26 3-1實驗藥品 26 3-2實驗儀器及設備 27 3-3實驗方法 28 3-3-1基材 28 3-3-2基材孔洞之填塞 30 3-3-3基材活性點之披覆 31 3-3-4無電電鍍方法鍍膜 31 3-3-5合金化鈀銀膜 33 3-3-6氣體穿透實驗 33 3-3-7薄膜反應器之甲醇部份氧化反應實驗 33 四. 結果與討論 35 4-1基材 35 4-1-1基材層結構之探討 37 4-2填塞 39 4-2-1填塞層結構之探討 43 4-3無電電鍍 44 4-3-1鈀銀膜層結構之探討 45 4-4各層之比較與討論 47 4-5膜管之氮氣透氣率對溫度的變化 48 4-6鈀銀膜討論 49 4-6-1合金化程序對鈀銀膜層的影響 49 4-6-2鈀銀膜之選擇率 51 4-6-3氫氣由鈀銀膜孔洞所穿透之比例 52 4-6-4計算Solution-diffusion機制之n值 54 4-6-5鈀銀膜選擇率之模擬 55 4-7膜管應用於反應器之結果 56 五. 結論 59 六. 參考文獻 60

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