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KR100679341B1 - 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법 - Google Patents

수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법 Download PDF

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KR100679341B1
KR100679341B1 KR1020040073902A KR20040073902A KR100679341B1 KR 100679341 B1 KR100679341 B1 KR 100679341B1 KR 1020040073902 A KR1020040073902 A KR 1020040073902A KR 20040073902 A KR20040073902 A KR 20040073902A KR 100679341 B1 KR100679341 B1 KR 100679341B1
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Abstract

본 발명은 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법에 관한 것으로, (a) 다공성 지지체의 상부에 전해도금 방법에 의하여 제1금속 코팅층을 형성하는 단계; (b) 제1금속 코팅층의 상부에 건식도금 방법으로 팔라듐 코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 팔라듐 코팅층을 열처리하여 팔라듐과 제1금속의 합금층을 형성하는 단계를 포함하는 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법을 제공한다.

Description

수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법{Preparation Method of Palladium Alloy Composite Membrane for Hydrogen Separation}
도 1은 종래의 방법으로 제조된 팔라듐-구리 합금복합막의 주사 전자 현미경 미세구조 사진이다.
도 2a는 다공성의 금속 지지체 표면에 팔라듐-구리 합금 코팅층을 도입한 것으로, 열처리에 의한 막의 내구성 평가를 위해 분리된 합금복합막의 윗부분의 주사 전자 현미경 미세구조 사진 및 EDS결과이다.
도 2b는 분리된 합금복합막의 밑 부분의 주사 전자 현미경 표면 미세 구조 및 EDS 관찰 결과를 나타낸 것이다.
도 3a는 구리막의 단순한 리플로우 열처리에 의해 형성된 팔라듐-구리 합금복합막의 주사 전자 현미경 미세구조 사진이다.
도 3b는 위에서 형성된 팔라듐-구리 합금복합막의 XRD 관찰 결과를 나타낸 것이다.
도 4a는 열적 안정화 특성을 고찰하기 위해 다공성 금속 니켈 지지체 표면에 니켈층을 코팅한 후, 스퍼터 팔라듐 코팅층, 스퍼터 구리 코팅막을 형성하여 실제 상용 온도 보다 높은 온도인 600℃에서 20일 동안 질소 분위기에서 열처리한 결과 의 표면 주사 전자 현미경 미세구조 사진이다.
도 4b는 본 발명에 따라 형성된 팔라듐-구리 합금복합막의 결정구조의 관찰 결과를 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 시편의 절단면 주사 전자 현미경 사진이다.
도 5b는 본 발명에 따른 시편의 절단면 주사 EDS 라인 스캔 사진이다.
도 6은 팔라듐 및 구리 코팅 제조 방법으로 전해 도금 방식을 실시하여 리플로우 열처리에 의해 팔라듐-구리 합금복합막을 형성한 표면의 주사 전자 현미경 미세구조 사진이다.
도 7은 다공성 알루미나 지지체 위에 리플로우 기술을 사용하여 팔라듐-구리 합금복합막을 형성한 표면의 주사 전자 현미경 미세구조 사진이다.
도 8은 구리 리플로우 공정으로 제조된 다공성 니켈 지지체 표면에 형성된 팔라듐-구리 합금복합막에 대하여 수소와 질소의 혼합가스를 사용한 수소/질소의 분리도를 나타낸 것이다.
본 발명은 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적은 팔라듐 사용량으로도 수소기체에 대한 선택성이 우수하며, 동시에 내구성이 우수한 분리막을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 지지체의 종류에 상 관없이 수소기체 분리막의 특성을 개선할 수 있는 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법에 관한 것이다.
초고순도의 수소 제조에 사용되는 분리막은 낮은 투과성을 갖기 때문에 현재 이를 개선하기 위하여 다공성 지지체에 비다공성인 팔라듐막을 코팅하여 막의 선택적 투과성을 향상시키기 위한 연구가 주로 진행 중에 있다. 하지만, 비다공성의 팔라듐막은 수소에 대한 선택성은 우수하나 투과성이 낮다. 따라서, 다공성 지지체 표면에 얇은 팔라듐 막을 코팅하여 수소의 선택적 투과성을 높이고자 하지만 팔라듐만을 적용한 분리막의 경우에는 수소 기체의 흡수에 따라 격자의 상변태가 발생하여 변형이 일어나는 문제가 있다. 이의 방지를 위하여 현재에는 팔라듐 합금 분리막이 많이 사용되고 있다. [Lee, et al.,"preparation and characterization of SiO2 composite membrane for purification of hydrogen from methanol steam reforming as an energy carrier system for PEMFC", Separation and purification technology, 32, 45-50(2003)]
팔라듐과 합금을 이루는 금속으로는 은, 니켈, 구리, 루세늄, 몰리브덴 등이 고려되고 있으며, 그중에서도 팔라듐-구리 합금막은 다른 팔라듐 합금막에 비해 황화수소 및 유황화합물 피독에 대한 저항성이 우수할 뿐만 아니라 구리 자체의 단가가 저렴하여 최근에 연구가 집중되고 있다. 상기 합금막을 제조할 경우에는 다공성의 세라믹이나 금속 지지체 위에 구리도금, 팔라듐 도금 (또는 팔라듐 스퍼터) 순으로 코팅하여 합금화를 진행하고 있으나 종래 이러한 제조방법으로는 팔라듐-구리 합금막이 치밀하지 못하며 막층내에 미세기공이나 결함들이 존재하여 수소에 대한 선택성이 낮을 뿐만 아니라 (도 1참조), 합금원으로 사용되는 구리막층이 지지체와 팔라듐 막층 사이에 중간층으로 존재하면 500℃의 상용화 온도에서 구리막의 열확산과 유동성인 리플로우 성질에 의해 구리층이 분리되어 접합력 성질에 악영향을 나타내기 때문에 팔라듐-구리 합금 분리막이 궁극적으로 파괴되어 버리는 문제가 있다.
도 2는 다공성의 금속지지체 표면에 팔라듐-구리 합금 코팅층을 도입하기 위해 구리 도금층의 하지 도금층으로 니켈 도금층을 형성하고, 그 위에 구리 도금층 및 팔라듐 도금층을 순차적으로 코팅하고 최종적으로 열처리하여 얻은 팔라듐-구리 합금막을 보여주고 있다. 상기 결과는 합금막을 상용화 온도인 500℃에서 100시간 열처리하여 관찰한 결과이다.
도 2a는 분리된 상기 합금막의 윗부분 표면 미세구조 및 EDS 성분결과로서 미세구조의 막이 치밀하지 못하며 막층내에는 구리와 팔라듐 성분이 존재함을 알 수 있다. 도 2b는 분리된 밑 부분의 표면 미세구조 및 EDS 성분결과로서 이 부분 또한 미세구조막이 치밀하지 못하며 막층내에는 구리와 니켈 성분이 나타나고 있으므로 구리 도금층을 기준으로 각각의 윗방향(팔라듐 코팅층)과 아랫방향(지지체)으로 구리 원자들이 열확산 되어 분리되어 있음을 알 수 있다.
최근에 연구 개발된 것으로 다공성 스테인레스 스틸의 금속지지체에 전기도금공정을 사용하여 팔라듐 합금 복합 분리막을 개발하였으나, 다공성 스테인레스 스틸 지지체의 기공크기와 표면조도가 크기 때문에 팔라듐 분리막을 코팅하기 위해 서는 복잡한 전처리 공정이 필요하며, 다공성 스테인레스 스틸 지지체 표면에 팔라듐 합금 코팅의 전해 도금 공정을 사용할 경우에 도금 활성화의 주성분인 염산에 의한 지지체의 침식과 도금액의 불순물들에 의한 수소 분리 특성의 저하 및 500℃의 상용화 온도에서 팔라듐 금속이 내부 지지체로 확산하여 내구성 감소를 야기시킬 뿐만 아니라, 수소 가스의 개질시에 수소흡수에 의한 스테인레스 스틸 모재의 수소 취성화에 의해 모재가 파괴되는 문제점들을 갖고 있다.
본 발명은 상기 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 제 1의 목적은 적은 팔라듐 사용량으로도 수소기체에 대한 선택성이 우수하며, 동시에 내구성이 우수한 분리막을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 지지체의 종류에 상관없이 수소기체 분리막의 특성을 개선할 수 있는 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 제1측면에 따른 본 발명은 (a) 다공성 지지체의 상부에 팔라듐 코팅층을 형성하는 단계; (b) 팔라듐 코팅층의 상부에 금속코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 금속을 리플로우하여 합금층을 형성하는 단계를 포함하는 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법을 제공한다.
제2측면에 따른 본 발명은 (a) 다공성 지지체의 상부에 전해도금 방법에 의 하여 1차 금속코팅층을 형성하는 단계; (b) 상기 1차 금속코팅층의 상부에 팔라듐 코팅층을 형성하는 단계; (c) 팔라듐 코팅층의 상부에 2차 금속코팅층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 2차 금속을 리플로우하여 합금층을 형성하는 단계를 포함하는 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 다공성 지지체는 금속지지체 또는 세라믹 지지체인 것을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 다공성 지지체는 다공성 니켈지지체임을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
상기 제2측면에 따른 본 발명은 바람직하게는 상기 단계 a에서 전해도금방법으로 1차 금속코팅층을 형성하고 열처리하여 이물질을 제거하는 단계가 추가됨을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
상기 제2측면에 따른 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 금속은 니켈, 구리, 은에서 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함함을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
상기 제1측면에 따른 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 금속은 구리인 것을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
상기 제2측면에 따른 본 발명은 바람직하게는 상기 2차 금속은 구리인 것을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
이하, 제1측면에 따른 본 발명의 내용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 복합막의 지지체로서는 다공성 금속지지체 또는 세라믹지지 체가 사용될 수 있다. 또한 상기 다공성 지지체는 평막형 또는 튜브형이어도 좋다. 다공성 금속지지체는 다공성 세라믹 지지체에 비해 생산비가 저렴하고, 열충격 저항 및 기계적 강도가 우수하며, 가공성 및 모듈화가 가능하여 고순도 수소 분리 정제 시스템이나 촉매 반응기에 적용이 용이한 장점을 가진다.
이중에서 특히 다공성 니켈지지체는 팔라듐 합금복합막의 주성분 원소인 팔라듐 및 니켈과의 화학적 친화력이 우수한 특성을 가진다. 또한 다공성 니켈지지체는 다공성 스테인레스 스틸 금속지지체에 비해 고유의 특성으로 인하여 수소 취성화가 발생하지 않으며, 염산에 의한 침식이 다른 금속들에 비해 우수한 장점을 가진다. 니켈 파우더를 사용하여 소성된 다공성 니켈지지체는 평균 기공 크기가 서브마이크론 이하이면서, 기공 밀도가 균일하여 팔라듐 합금복합막의 코팅시에 복잡한 전처리가 필요로 되지 않는다. 또한, 다공성 니켈지지체는 그 자체로 8∼10정도의 수소 선택성과 150㎖/㎠·atm·min이상의 투과성을 가짐으로서 팔라듐 합금복합막의 금속 지지체로서는 매우 적합한 특성을 갖는다.
다공성 지지체의 상부에 형성되는 팔라듐 코팅층은 습식 전해도금 또는 건식 스퍼터 증착방법 등의 어떠한 방법에 의해서 형성되더라도 무방하다. 바람직하게는 다공성 지지체 표면 기공의 완전 매립과 표면 평탄화를 위하여 전해도금 방법을 통해 수행되는 것이 좋다. 이 경우 팔라듐 코팅층을 형성하기 이전에 팔라듐 코팅층과의 접착력을 개선시킬 목적으로 플라즈마를 이용하여 다공성 지지체의 표면개질을 시행하는 것이 좋다. 표면개질을 위한 구체적인 플라즈마 조건은 공정에 따라 달라 질 수 있어 특별히 한정되어지는 것은 아니며, 예를 들어 다공성 니켈지지체 가 사용되어지는 경우 RF 100W, 50mTorr, 수소량 40sccm, 시간 5분의 조건하에 시행될 수 있다.
팔라듐 코팅층의 형성은 전해도금 방법에 의하는 경우, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 전류밀도를 10mA/d㎡, 도금시간 20분, 도금욕 온도 40℃에서 수행되어질 수 있다. 또 다른 공정인 건식 스퍼터 증착공정이 이용되는 경우에는 특별한 한정을 요하는 것은 아니며, 예를 들어 직류전원 40W, 아르곤 가스 25sccm, 공정압력 1.0×10-3torr, 기판온도 400℃에서 시행할 수 있다.
금속코팅층은 상기 팔라듐 코팅층의 상부에 형성된다. 금속코팅층을 구성하는 금속의 종류는 특별한 한정을 요하는 것은 아니며, 예를 들어 은, 니켈, 구리, 루세늄, 모리브덴 등의 금속에서 선택이 가능하며, 바람직하게는 경제성 및 팔라듐과의 합금막에서 황화수소 및 유황화합물 피독에 대한 저항성이 우수한 구리가 좋다.
금속코팅층의 형성은 습식 전해도금 방법 또는 건식 스퍼터 증착방법이 모두 이용될 수 있다. 팔라듐 코팅층을 전해도금 방법으로 코팅한 경우 연속공정에 의하여 금속코팅층을 전해도금 방법으로 코팅하여도 좋고, 이와는 달리 스퍼터 증착공정에 의해 형성하더라도 무방하다. 또한 팔라듐 코팅층을 건식 스퍼터 증착에 의해 형성한 경우 연속공정으로 금속코팅층을 스퍼터 증착하여도 좋고, 이와는 달리 전해도금방법으로 형성하더라도 무방하다.
연속공정에 의해 금속코팅층을 전해도금 방법으로 형성하는 경우, 사용되는 금속 및 제반환경에 따라 미차는 있지만, 예를 들어 금속성분으로 구리가 사용되는 경우 구리시아나이드 도금액을 사용하여 전류밀도 200mA/d㎡, 도금시간 30초, 도금욕 40℃에서 코팅할 수 있다.
또한, 금속코팅층의 형성에 있어서 연속공정에 의한 스퍼터 증착을 이용하는 경우, 구리금속을 예를 들면 직류전원 30W, 아르곤가스 20sccm, 공정압력 1.0×10-3torr, 기판온도 400℃에서 시행할 수 있다.
상기 과정에 의해 얻어진 2층의 금속막은 후속 리플로우 공정에 의해 합금화 되어 팔라듐-금속 합금복합막으로 된다. 리플로우 공정은 바람직하게는 인시투방식으로 진행되며 진공가열로의 수소분위기하에서 진공도 1mTorr, 온도 500∼600℃에서 열처리하는 방법으로 시행될 수 있다. 리플로우에 의해 합금의 미세구조가 치밀화되며 동시에 결함이나 미세기공이 존재하지 않는 균일한 복합막을 얻을 수 있다.
다음으로 제2측면에 따른 본 발명의 내용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제2측면에 따른 본 발명은 상기 제1측면에 따른 본 발명의 구성에 다공성 지지체의 표면기공을 매립하기 위해 팔라듐 코팅층의 형성 이전에 다공성 지지체의 상부에 하지금속층(1차 금속코팅층)을 형성하는 과정이 포함된다. 바람직하게는 하지금속층은 니켈금속층이며, 니켈금속층은 전해도금의 방법으로 형성되는 것이 좋다. 전해도금 방법은 건식 스퍼터 증착방법에 비하여 다공성 지지체 표면 기공의 완전 매립과 표면 평탄화의 측면에서 매우 효과적이다. 이 경우 니켈 도금층을 형성하기 이전에 접착력을 개선시킬 목적으로 플라즈마를 이용하여 다공성 지지체의 표면개질을 시행하는 것이 좋음은 제1측면의 본 발명의 내용에서 이미 설명한 바와 동일하다.
이후 공정인 팔라듐의 코팅공정과 2차 금속코팅층(제1측면의 본 발명에서의 '금속코팅층'과 대응)의 형성과정은 제1측면에 따른 본 발명의 구성에서 이미 설명한 바가 동일하게 적용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
팔라듐 코팅층을 형성하기 이전에 바람직하게는 1차 금속코팅층의 표면을 플라즈마 표면개질하여 주는 것이 바람직하다. 플라즈마 처리 조건은 앞의 다공성 지지체에서와 동일한 조건이 이용될 수 있다.
이하에서는 다공성 니켈지지체 표면에 니켈금속층을 1차 금속코팅층으로 하며, 2차 금속층으로 구리금속층을 사용하는 수소분리용 합금복합막을 예를 들어 본 발명의 내용을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 제1측면에 따른 본 발명의 복합막을 대상으로 시행한 주사전자현미경에 의한 미세구조 사진(a)과, 합금복합막의 XRD관찰결과이다. 도 3a의 표면 미세구조와 도 3b의 결정성 분석에서 관찰할 수 있는 바와 같이 다공성 니켈지지체 표면위에 형성된 팔라듐-구리 합금막의 조직은 치밀하며, 결함이나 미세기공이 존재하지 않는 균일한 분리막임을 확인할 수 있다.
또한 도 4는 제2측면에 따른 본 발명의 복합막을 대상으로 상기 합금복합막의 열적 안정화 특성을 관찰한 결과이다. 이를 위해 다공성 니켈지지체 표면에 3㎛의 니켈 코팅막, 4㎛의 스퍼터 팔라듐 코팅막 및 1㎛의 스퍼터 구리코팅막을 형성하여 실제 상용온도보다 높은 온도인 600℃에서 20일간 질소 분위기에서 열처리하 여 나타난 결과이다. 이와 같은 열처리는 다른 확산 조건들을 같다고 가정하면 500℃에서 1년 이상의 열처리와 유사한 열적 조건에 해당한다.
도 4a의 주사전자 현미경 표면 미세구조에서 보여 주듯이 열처리 후에도 합금층이 치밀하여 결함이나 미세기공들이 존재하지 않으며 도 4b의 XRD분석에서 알 수 있듯이 계속적인 열처리에 의해 팔라듐, 구리, 니켈의 화학적 친화력이 상호간에 양호하기 때문에 팔라듐-구리-니켈의 안정된 3상 합금막을 형성하여 지지체와의 결합력을 증진시킨다.
도 5는 팔라듐 금속이 지지체로 확산하는 금속간 확산 현상을 관찰한 것으로 상기 열처리로 인해 도 5b의 EDS농도 분포로 알 수 있듯이 팔라듐 금속이 다공성 지지체 내로 확산이 진행되고 있으나 많은 양의 팔라듐이 여전히 코팅층에 존재하여 팔라듐-구리-니켈 합금 분리막을 형성하고 있으며, 도 5a의 미세구조 절단면에서 볼 수 있듯이 합금막의 층이 치밀하면서 지지체와 합금 코팅막이 주사 전자 현미경으로 구분되지 않을 정도로 접합력 또한 우수함을 확인할 수 있다.
따라서 도 4와 도 5의 결과들로부터 다공성 금속지지체를 사용함에도 불구하고 팔라듐 금속이 다공성 지지체로 확산이 적게 발생하여 많은 양의 팔라듐이 팔라듐-구리-니켈의 합금복합막을 이루고 있으며 합금층의 구조도 여전히 치밀하여 팔라듐-구리-니켈 합금복합막은 열적 안정화 특성이 우수하여 내구성이 종래 연구 결과들에 비해 매우 향상된 것으로 사료된다.
도 6은 팔라듐 및 구리코팅층을 전해 도금 방식으로 형성한 후 리플로우 열처리에 의해 팔라듐-구리 합금복합막을 형성한 후의 표면 미세구조 사진으로서 합 금막이 치밀하며 미세 기공이 존재하지 않음을 알 수 있다.
도 7은 다공성 알루미나 지지체 위에 리플로우 기술을 사용하여 팔라듐-구리 합금 분리막을 형성한 후의 표면 미세구조 사진으로서 미세 기공이 없는 매우 치밀한 조직의 합금 분리막을 형성함을 확인 할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 팔라듐-구리 합금복합막에 대하여 수소와 질소의 혼합 가스를 사용하여 수소/질소의 선택성을 상용 온도에 따라 도시한 것으로 온도가 증가함에 따라 이들 선택성값은 증가하고 있으며 500℃에서는 거의 무한대 값에 가까운 값으로 매우 우수한 특성을 보이고 있다.
표 1은 종래 방식에 의해 제조된 팔라듐-구리 합금 분리막의 수소/질소의 선택성을 나타낸 것으로 본 발명인 도 8과 비교할 때 본 발명으로 제조된 팔라듐-구리 합금복합막의 수소 선택성 값이 훨씬 우수함을 확인할 수 있다.
<표 1>
구분 △P (kPa) 사용온도 (K) 투과도 (㎖/㎠·min) 분리도 (H2/N2) 코팅층 두께 (㎛) 분리도측정방법
실시예 1 100 773 9 ∞ 3±0.1 H2/N2혼합가스 분리도측정
11) 689.5 723 6.45 14 27.6±8.5 H2와 N2의 각각 분리도측정
21) 344.7 973 47 70 11.0±1.0 "
31) 344.7 773 69.9 170 11.6±1.0 "
41) 344.7 723 24 270 12.5±1.5 "
51) 344.7 723 107 1400 12±1.0 "
61) 344.7 723 88 47 1.5±0.2 "
1) 참조: Fernando Roa, Douglas Way, Robert L. McCormick, Stephen N.Paglieri "Preparation and characterization of Pd-Cu composite membranes for hydrogen separation" Chemical Engineering Journals. 4047 (2002)1-12
이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
<실시예>
다공성 니켈 지지체상에 수소 플라즈마를 이용하여 표면처리를 수행하였다. 수소 플라즈마를 이용한 표면 처리는 RF 파워를 100W, 수소의 양은 40sccm, 공정 압력은 50mTorr, 시간은 5분으로 하여 진행되었다. 그런 다음, 지지체 표면의 기공을 매립하기 위해 상기 표면처리된 지지체상에서 염화 니켈도금액을 사용하여 전류 밀도 1A/d㎡, 도금시간 2분 동안 상온에서 니켈전해도금공정을 수행하였다. 니켈전해도금을 수행한 후에 다시 진공 건조로에서 60℃하에 위 지지체를 건조한 다음 지지체내에 존재하는 불순물 및 이물질을 제거하기 위해 200℃, 10-3torr의 진공분위기에서 1시간 동안 유지시켰다.
위 지지체에 다시 수소 플라즈마 처리를 수행한 후 염화 팔라듐 용액에서 전류밀도 10mA/d㎡, 도금시간 20분, 도금욕 온도 40℃의 조건하에 팔라듐 전해 도금을 수행하였다. 연속 공정에 의하여 구리 시아나이드 도금액을 사용하여 전류 밀도 200mA/d㎡, 도금시간 30초, 도금욕 온도 40℃의 조건하에 구리 전해 도금을 수행하였다. 코팅이 완료된 후에 수소분위기 550℃, 1mTorr의 진공도에서 1시간동안 열처 리하여 리플로우를 수행하여 구리층과 팔라듐층을 합금화시켰다.
상기의 습식 제조 방법과 달리 건식제조 방법인 스퍼터 공정이 이용되는 경우에는 모든 전처리 공정과 일차 코팅인 니켈 코팅층의 형성공정은 위의 방법과 동일하고. 스퍼터링 공정은 다음 과정에 의해 수행되었다.
팔라듐 코팅시 스퍼터링은 직류 전원 40W, 아르곤 가스 25sccm, 공정 압력 1.0×10-3 torr, 기판온도 400℃에서 시행되었으며, 그런 다음 연속적으로 구리 스퍼터링을 직류 전원 30W, 아르곤 가스 20sccm, 공정압력 3.0×10-3 torr, 기판온도 400℃에서 수행되었다. 그런 다음, 인시투방식으로 진공 가열로의 수소 분위기에서 진공도 1mTorr, 리플로우 온도 550℃에서 1시간 동안 열처리하는 방법으로 리플로우를 시행하여 팔라듐-구리 합금 복합 분리막을 얻었다.
본 발명에 의하면 적은 팔라듐 사용량으로도 수소기체에 대한 선택성이 우수하며, 동시에 내구성이 우수한 분리막을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 지지체의 종류에 상관없이 수소기체 분리막의 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. (a) 다공성 지지체의 상부에 팔라듐 코팅층을 형성하는 단계; (b) 팔라듐 코팅층의 상부에 금속코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 금속을 리플로우하여 합금층을 형성하는 단계를 포함하는 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법
  2. (a) 다공성 지지체의 상부에 전해도금 방법에 의하여 1차 금속코팅층을 형성하는 단계; (b) 상기 1차 금속코팅층의 상부에 팔라듐 코팅층을 형성하는 단계; (c) 팔라듐 코팅층의 상부에 2차 금속코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 2차 금속을 리플로우하여 합금층을 형성하는 단계를 포함하는 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 다공성 지지체는 금속지지체 또는 세라믹 지지체인 것을 특징으로 하는 제조방법
  4. 제 3항에 있어서, 다공성 지지체는 다공성 니켈지지체임을 특징으로 하는 제조방법
  5. 제 2항에 있어서, 단계 a에서 전해도금방법으로 1차금속 코팅층을 형성하고 열처리하여 이물질을 제거하는 단계가 추가됨을 특징으로 하는 제조방법
  6. 제 2항에 있어서, 1차금속은 은, 니켈, 구리, 루세늄, 몰리브덴에서 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함함을 특징으로 하는 제조방법
  7. 제 1항에 있어서, 금속은 구리인 것을 특징으로 하는 제조방법
  8. 제 2항에 있어서, 2차금속은 구리인 것을 특징으로 하는 제조방법
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