李慧研究员等：金属钯复合膜纯化器通过现场样机测试

shuxiang

近日，我所碳资源小分子与氢能利用研究组（DNL1905组）李慧研究员等在超薄高性能钯膜应用于超纯氢气提纯研究中取得新进展，研发的金属钯复合膜超纯氢气纯化器通过了芯片纯化器客户现场样机测试。
　　国家标准定义氢气纯度大于或等于5N（99.999%）为高纯氢；大于或等于6N（99.9999%）为超纯氢，我国高纯氢和超纯氢的消耗量约为20万吨/年，主要应用于芯片和液晶显示器生产等。然而，6N及以上的超纯氢极易被污染、无法气态运输，需要在使用终端的用气点设置纯化器，将氢气纯化达标后方能使用。目前，我国的纯化器进口依赖度高，制约了相关制造业发展。
　　与传统的金属钯管相比（厚度>50μm），负载型超薄金属钯复合膜的厚度约为5至8μm，具有较高的透氢量，可满足规模化应用的需求，在氢能、超纯氢气提纯、核能等领域都有着广阔的应用前景。在本次测试中，李慧等研发的不锈钢钯复合膜纯化器的产氢量大于7Nm3/h，氢气纯度大于99.999999%，氩气指标小于10ppb，达到客户指标要求。

　　李慧等长期从事钯复合膜材料的制备和应用研究，开发的不锈钢负载钯复合膜实现了在超纯氢气领域的产品化应用，其中的关键技术包括：原创孔道修饰技术制备超薄高性能不锈钢钯复合膜，指型和空隙结构可显著提高了钯膜的稳定性（Chem. Eng. J.，2020）；该钯膜的透氢性能达到美国能源部DOE2015的要求，实现大于13000小时的长期稳定运行，高于目前已有的文献报道（4000小时）；开发抗硫涂层技术（J. Mater. Chem. A，2017），提高了钯膜的抗硫性能等；鉴于传统的陶瓷钯复合膜存在机械强度差、密封困难、热稳定性差导致难以产品化等问题，开发了超薄不锈钢钯膜，提高了钯膜的机械强度和密封可靠性，以及可实现升降温等性质，并于2019年首次建成不锈钢钯复合膜的示范生产线。
　　上述工作得到了辽宁省兴辽英才计划、大连市科技创新基金等项目的资助。（文/图 鲍锋、唐春华）


      文章来源：大连化物所
      李慧，中科院大连化学物理研究所研究员，博导，中科院“百人计划”（结题优秀），大连化物所“张大煜青年学者”，“兴辽英才计划”青年拔尖人才，中国可再生能源学会氢能专委会委员。主要研究方向是钯膜纯化材料在燃料电池氢源及规模化氢气提纯等方面的应用，开发多项钯复合膜制备关键技术，作为项目负责人主持科技项目10项，包括重大专项及GF创新基金重点项目等，并参与国家863、欧盟第六框架和第七框架研究等多个项目，首次实现其在超纯氢气纯化领域的工业规模示范（800 Nm3/h）和甲烷重整钯膜反应器用于IGCC的规模示范。入选中国科学院卢嘉锡国际团队和科技部重点领域创新团队。受邀撰写3篇综述文章(J. Mater. Chem. A和Chem. Eng. Sci.等)，为Woodhead Publishing (伍德海德出版社)撰写英文专著的1个章节，在核心科技刊物发表论文20余篇，申请专利16项。