JPS59177117A - 水素−ヘリウム分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同位体を含む水素とヘリウムとを分離する膜分
離法に関するものである。

エネルギーの需要は年々増加する一方であり、そのため
の様々のエネルギー源が探索されており、そのなかで有
望なものとして核融合反応がある。

これはデユートリウムとトリチウムとの次式の核融合反
応を利用するものである。

’　Ｈ十’　Ｈ−今’　Ｈｅ　＋　ｎ これによればｉｐのトリチウムが重水素と反応すると約
１億Ｋ　ａｙｌのエネルギーが発生する。

しかしこの反応転化率はたかだか１０％であり、核融合
廃ガス中には未反応原料のデユートリウムとトリチウム
を大量に含み、これを生成したヘリウムから分離し回収
する必要がある。

その分離法の一つに分離にかかるエネルギーが小さく操
作が容易である膜分離法があるが、水素およびその同位
体ならびにヘリウムはいずれも分子量の小さい気体でか
つ分子量の差も小さく一般に膜分離法では分離しにくい
気体である。

そこで、同位体を含む水素とヘリウムとの膜分離法を実
現すべく鋭意研究した結果本発明に到達したものである
。

即ち本発明は ガス透過性支持体に遷移金属又はその合金の連続膜を形
成せしめた分離膜を用いて水素（同位体を含む）とヘリ
ウムとを分離する方法である。

本発明に用いられるガス透過性支持体としては、ガスの
透過性のあるものであるならばＩｖｆ（／Ｃ限定されな
いが、有機高分子フィルム、有機多孔質体、あるいは無
機多孔質体などが用いられる。

このうち、気体透過性の大きい有機あるいは無機多孔質
体が好適に用いられる。

そのなかでも、膜が金属で高温に耐えるのでガス透過性
支持体としても高温に耐える材料である無機多孔膜例え
ばセラミックス多孔膜、ガラス多孔膜、ステンレス焼結
金属多孔体などが好適に用いられる。

高温での膜分離は、一般に気体の透過性は温度があがる
と高くなるので高温では透過量が多くなること、あるい
は高温の廃ガスを冷却せずにその一部、ま処理できるな
どの利点がある。

支持体の形状としては、分離モジュールの形状に応じて
決められ、平膜、管状、中空糸等種種の形状をとり得る
。

本発明に用いられる遷移金属は原子番号２１〜３０．３
９〜４８．５７〜８０の元素であｐ例えばＦｅ、　Ｃｒ
、　Ｍｎ、　Ｎｉ、　Ａｇ、　Ｐｄ、　Ｔｉ等をあげる
ことができ、また、これらは種々の合金例えばＦｅ　−
Ｃｒ　−Ｎｉ　、　Ｎｉ　−Ｍｏ　、　Ｎｉ　−Ｃｒ−
Ｆｅ　−Ｍｏ　−Ｃ。

などでも使用できる。

本発明は前述のガス透過性支持体の上に上記金属又は合
金の連続薄膜層を形成せしめて分離膜とするが薄膜層の
形成法としては、スパッタリング法、蒸着法、イオンブ
レーティング法などの従来公知の物理的沈着法（ＰＶＤ
法）やメッキなどの化学的沈着法が適用されるが、その
なかで金属膜とガス透過性支持体との密着性が良好とな
るスパッタリング、イオングレーティング法が好適であ
る。

又、金属膜が形成される過程において該金属が一部酸化
される場合もあるが、酸化物が安定である限り分離膜と
してはそのまま使うことができる。

本発明の分離方法は該遷移金属膜においておこなわれる
ものであり、その厚さＫは％に限定はないが欠陥部が生
じ力い限りできる限り薄いものが好ましく、膜厚として
は１μｍ以下、好ましくは１ｏｏｏＸ以下である。

本発明の遷移金属膜としてはコスト及び性能の面からは
Ｆｅ系の合金例えばＦｅ　−Ｃｒ　−Ｎｉ系の合金であ
るＲｕｌ！膜が好適に用いられる。

分離手法としては、分離膜の片側（供給側）に水素およ
びその同位体及びヘリウムを含む混合気体を送り、水素
及びその同位体を膜の反対側（透過側）にヘリウムよシ
はやく透過させて分離する。

分離手法としては、膜の供給側を加圧する方法、あるい
は膜の透過側を減圧する方法、あるいはアルゴンなどの
気体をキャリヤーガスとして流すことなどにより膜の両
側に分圧差をつけ実施例 本発明の分離膜は核融合廃ガスの分離ばかりでなく、そ
の水素とヘリウムとの分離性の高いことを利用して通常
の水素とヘリウムの混合ガスの分離、例えばヘリウム、
水素を含む天然ガスからの水素分離などにも使用できる
のはもちろん、さらに、水素の透過性がすぐれているこ
とより、水素、ヘリウムより分子量の大きい気体例えば
メタン、アルゴンなどを含む混合気体からの水素分離に
も使うことができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明は何らこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１　　金属薄膜層の形成 厚さ３００μｍのビスフェノールＡ−ポリカーボネート
フィルム表面に厚さ１００Ｘの５ＵＳ３０４からなる金
属薄膜層を形成した。該金属薄膜層は５ＵＳ３０４板（
厚さ３間）をターゲットとしＡｒガス圧力５Ｘ１０　　
ＴｏｒｒにおけるＤＣマグネトロンスパッタによって形
成した。投入電力はターゲットの単位面積当り２Ｗ／ｃ
＋（であり、ターゲットと基板となるポリカーボネート
フイルムの間の距離は１５６ｍであった。

この膜の分離性能を表ＩＫ示す。

Ｈ２１，８，７ Ｄ２１４．４ Ｔ２Ｏ，５３ ２ Ｈｅ　　　＜ｘｉｏ　　　（測定限界以下）２ Ｎｅ　　　＜ＸＩＯ（が（ｊ定限界以下）なお気体透過
係数の測定は次の方法によった。

透過係数の測定 図−ＩＫ測定装置のセル部分を示す。コーン　実フラッ
ト７ランジ（１）伺きのガラス管２個より出来ており、
このフランジの間に０−リングで試料膜（２）を保持し
た。試料膜の有効面積は９．５　ｃｒＩである。透過セ
ルの下流側にはトリチウムの透過速度を測定するだめの
窓なしＧ−Ｍカウンター（３）が接続されており、上流
側には予め一定量のトリチウムを封入したガラスアンプ
ル（４）を挿入した。

各気体の透過速度の測定はＴｉｍｅ−１ａｇ法によって
行なわれだ。非放射性ガスの透過速度は流通法で測定し
、透過量および電離真空計による排気速度は毛細管と２
個の電離真空計を用いて求めた。

トリチウムガスの透過速度は閉鎖系でおこない、Ｇ−Ｍ
カウンターで濃度を測定した。透過速度は（Ｔｏｒｒ　
−ｃｃ　／ｓｅｃ　）の単位で求めており、これから求
めた透過係数の単位はｏｄ　／　ｓｅｃで表わされる。

流側２ 実施例１のＳＵＳ膜表面にデユートリウム、プロチウム
及びヘリウムをそれぞれ２　ｖｏ１％づつ含み、残余は
アルゴンである混合気体を流し、膜ノ反対側（透過側）
Ｋアルゴンキャリヤーガスを流しだ。

１０分抜道過側にはデユートリウム及びプロチウムは認
められだが、ヘリウムは認められなかった。

【図面の簡単な説明】

図−１はガス透過速度の測定装置である。１はコーンフ
ラットフランジ、２は試料膜、３はＧ　−Ｍカウンター
、４はガスアンプルを表わす。 ０゛＠ｌ　　ｍ　Ａ　ａ　Ｅ　６″′″　二１、代理人
　弁理士　　前　　１）　純　　博ｊ　　　、；′７、
ｌ・　／ 団−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス透過性支持体に遷移金属又はその合金の連続膜
   を形成せしめた分離膜を用いて水素（その同位体も含む
   ）とヘリウムとを分離することを特徴とする水素−ヘリ
   ウム分離方法。 ２、当該連続膜がｓｕｎ膜であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の水素〜ヘリウム分離方法。