マイクロメンブレンデバイスによる高速気体分離

使用微膜装置进行高速气体分离

基本信息

批准号：
13875149
负责人：
草壁克己
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

無機膜は、その透過速度を増大させるために薄膜化する必要があり、したがって、透過速度の大きな多孔質支持基材の表面に分離膜を被覆する方法がとられている。支持基材として広く用いられている多孔質α-アルミナは細孔径が100-200nmと大きく、表面の平滑性も十分ではない。したがって欠陥のない分離膜を作製することは困難であった。本研究では発想を逆転させ、分離膜を最初に被覆した後で支持基材を作製する方法として、銅板にPd薄膜を電解析出させた後、裏面にフォトリソグラフィーの手法でマイクロスリットパターンを形成し、この部分だけを電解エッチングして100ミクロンの貫通孔を開けることで、基材を多孔化する。このような手法を用いて膜厚が数ミクロンのパラジウム膜を作製した。電流密度20-30mA/cm^2で作製したパラジウム膜は平滑であったが、電流密度が5および50mA/cm^2では、柱状析出物がみられた。電解温度20℃、電流20-30mA/cm^2で作製したパラジウム膜の供給側に水素とアルゴンの混合気体、透過側にはスィープガスとして窒素を流して、透過側の濃度を測定したところ、水素が選択的に透過し、アルゴンは濃度測定に使用したガスクロの検出限界以下であった。このことから、本法で数ミクロンの膜厚の無欠陥膜を作製することが可能であった。しかしながら、供給側を加圧にして実験を行った場合には、膜の破損が起こることがわかった。膜の耐圧性を向上するためには、貫通孔のサイズを小さくする必要がある。

为了提高无机膜的透过速度，需要使无机膜变薄，因此采用在透过速度高的多孔性支撑基材的表面涂布分离膜的方法。广泛用作支撑基材的多孔α-氧化铝具有100-200nm的大孔径，并且其表面不够光滑。因此，难以制造无缺陷的分离膜。在本研究中，我们反转了想法，首先在铜板上电解沉积Pd薄膜，然后使用光刻在背面形成微缝图案，然后通过电解蚀刻来制作支撑基材。仅此部分并创建100微米的通孔，将基材制成多孔的。利用这种方法，制备了厚度为几微米的钯膜。在20-30mA/cm^2电流密度下制备的钯膜光滑，但在5和50mA/cm^2电流密度下观察到柱状沉淀。在电解温度20℃、电流20的条件下制作的钯膜，在供给侧通入氢气和氩气的混合气体，在透过侧通入氮气作为吹扫气体，测定透过侧的浓度。 30 mA/cm^2，我们发现氢气被选择性渗透，而氩气低于用于测量浓度的气相色谱的检测限。由此，使用该方法可以生产厚度为几微米的无缺陷薄膜。然而，当在进料侧加压进行实验时，发现发生了膜故障。为了提高膜的耐压性能，需要减小通孔的尺寸。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

K.Kusakabe: "Preparation of Microchannel Palladium Membranes by Electrolysis"Microreaction Technology. 78-85 (2002)

K.Kusakabe：“电解制备微通道钯膜”微反应技术。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Katsuki Kusakabe: "Preparation of Microchannel Palladium Membranes by Electrolysis"Microreaction Technology. 70-77 (2002)

Katsuki Kusakabe：“电解制备微通道钯膜”微反应技术。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

草壁克己: "マイクロリアクターからマイクロ化学プラントへ"ケミカルエンジニアリング. 46(6). 454-459 (2001)

Katsumi Kusakabe：“从微反应器到微型化工厂”化学工程46（6）（2001）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

草壁克己: "マイクロ化学プラント実現のための化学工学"化学工学. 66(2). 54-57 (2002)

Katsumi Kusakabe：“实现微型化工厂的化学工程”化学工程66（2）（2002）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

諸岡成治: "マイクロ技術の特徴と実用化の可能性"高圧ガス. 38. 50-51 (2001)

Seiji Morooka：“微技术的特征和实际应用的可能性”高压气体。38. 50-51 (2001)

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发表时间：
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草壁克己其他文献

ジルコニア膜型反応器を用いたジメチルエーテルの水蒸気改質

使用氧化锆膜反应器蒸汽重整二甲醚

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
膜 31巻1号
影响因子：
0
作者：
Kyoko K.Bando;Takashi Matsui Yuichi lchihshi;Koichi Sato;Tomoaki Tanaka;Motoyasu Imamura;Nobuyuki Mat subayashi;Yuj iYoshimura;一國伸之(分担);阪東恭子(分担);一國伸之(分担);阪東恭子(分担);草壁克己
通讯作者：
草壁克己