طراحی و ساخت غشاء جهت تخلیص هیدروژن با استفاده از پالادیم و سد نفوذی در مقیاس نانو

دستیابی به هیدروژن خالص، از دیدگاه انرژی و محیط زیست ضرورتی انکارناپذیر است. این درحالی است که تولید هیدروژن در تمام روش ها، همراه با ناخالصی فراوان است. برای بدست آوردن هیدروژن خالص بهترین راه استفاده از غشاء پالادیم است که به صورت نظری گزینش گری بی نهایت دارد. به منظور کاهش هزینه ی تمام شده، غشاء پالادیم به صورت کامپوزیت استفاده می شود. در این پژوهش، به بررسی نقش پایه در فرایند تراوایی پرداخته می شود. با تطبیق نتایج آزمون تراوایی هیدروژن از غشاء کامپوزیتی pd/oxpss بر مدل تراوایی موجود، تأثیر برهمکنش پایه و پوشش پالادیم در فصل مشترک pd و oxpss مطالعه شده و با سایر غشاءهای کامپوزیتی پالادیم که سد نفوذی متفاوتی چون ysz و al2o3 دارند و نیز با غشاء بدون پایه مقایسه می شود. در غشاء pd/oxpss، مقدار آنتالپی انحلال هیدروژن در لایه پالادیم -9.4kj/mol بدست آمده و نشان می دهد که در مقایسه با پایه ی yszpss، عناصر پایه ی oxpss و لایه پالادیم در یکدیگر نفوذ زیادی دارند، در حالی که نسبت به پایه ی al2o3 رفتار مشابهی دارد. غشاء پالادیمی دارای مشکلاتی چون تردی هیدروژنی و مسمومیت گوگردی است. در بخشی دیگر از این پژوهش، برای بهبود تراوایی و مقاومت شیمیایی غشاء، پوشش آلیاژی پالادیم مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور ممانعت از تردی هیدروژنی و افزایش تراوایی از لایه ی آلیاژی pdag استفاده شده است. اما این پوشش نیز در برابر ناخالصی اندک گوگردی مسموم می شود. برای تأمین همزمان تراوایی بالا و ممانعت از مسمومیت گوگردی، لایه ی نازکی از pdcu بر روی پوشش pdag به کار رفته است. غشاء دولایه ی pdag/pdcu دارای تراوایی 1.77×10-8 mol m/m2 s pa0.5 است که با توجه به دمای پایین آزمون، 553k، تراوایی آن در مقایسه با سایر غشاءها به طور قابل توجهی بیشتر است. به منظور بررسی مقاومت شیمیایی غشاء دولایه ی pdag/pdcu در محیط دارای h2s، غشاء مشابهی بدون لایه ی pdcu تهیه و مورد مطالعه قرار گرفت. اگرچه در برابر خوراک هیدروژن خالص، وجود لایه یpdcu در غشاء دولایه منجر به کاهش تراوایی به میزان 5% نسبت به غشاء pdag می شود، اما در محیط دارای h2s، تراوایی آن نسبت به غشاء pdag، 10% بیشتر است. آنالیز xps از سطح غشاء pdag بعد از آزمون تراوایی و مقاومت شیمیایی، نشان می دهد که بر روی سطح گوگرد وجود ندارد. بر این اساس افت تراوایی به سازوکار "مسمومیت کاتالیزوری" نسبت داده می شود.