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Pd 코팅된 $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ 합금 분리막의 수소투과 특성
The Characteristics of Hydrogen Permeation through Pd-coated $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ Alloy Membranes

정영민    (한국에너지기술연구원 온실가스센터   ); 전성일    (충남대학교 화학공학과   ); 박정훈    (한국에너지기술연구원 온실가스센터  );
  • 초록

    니오븀 금속을 기반으로 하는 $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ 합금 분리막의 수소 투과 특성 및 화학적 안정성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 직경 10 mm, 두께 0.5 mm의 $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ 합금 분리막을 제작하였으며, 2가지 조성( $H_2$ 100%, $H_2$ 60% + $CO_2$ 40%)의 공급가스를 $450^{\circ}C$ 의 온도에서 투과시킬 때 압력에 따른 수소 투과 특성에 관한 실험을 진행하였다. 본 실험에서의 최대 수소 투과량은 순수한 수소를 투과시킬 경우 절대압력 3 bar에서 $5.58mL/min/cm^2$ 로 나타났다. 또한 공급가스 조성에 따른 각각의 경우 모두 Sievert's law에 잘 부합하였으며, 이산화탄소와의 혼합가스 사용시, 투과량은 수소 분압 감소에 비례하여 감소하였다. 투과 실험 후 XRD 분석을 통하여 $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ 합금 분리막의 이산화탄소에 대한 화학적 안정성에 대한 실험을 수행하였다.


    We make a studyof the hydrogen permeability and chemical stability of $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ metal alloy membrane. For this purpose, we produced the $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ membrane which has 10 mm diameter and 0.5 mm thick, and experiment the hydrogen transport properties under two kinds of feed gas ( $H_2$ 100%; $H_2$ 60% + $CO_2$ 40%) at $450^{\circ}C$ C with variation of absolute pressure.The maximum hydrogen permeation flux was $5.58mL/min/cm^2$ in the absolute pressure 3 bar under pure hydrogen. And each case of feed gases about gas composition, the permeation fluxes were satisfied with Sievert's law, and the hydrogen permeation flux decreased with decrease of hydrogen partial pressure irrespective of temperature and pressure. After permeation test, we experiment the stability and durability of $Nb_{56}Ti_{23}Ni_{21}$ alloy membrane for carbon dioxide by XRD analysis.


  • 주제어

    niobium .   titanium .   nickel .   metal alloy membrane hydrogen separation.  

  • 참고문헌 (11)

    1. J. Han, S. P. Yoon, S. W. Nam, T. H. Lim, S. A.Hong, and J. Kim, "A study on contamination ofhydrogen permeable Pd-based membranes", Trans.of the Korean Hydrogen and New Energy Society,14, 17 (2003). 
    2. J. Shu, B. P. A. Grandjean, A. Van Neste, and S.Kaliaguine, "Catalytic palladium-based membranereactors: a review", Canadian J. Chem. Eng., 69,1036 (1991). 
    3. W. H. Chen, P. C. Hsu, and B. J. Lin, "Hydrogenpermeation dynamics across a palladium membranein a varying pressure environment", Int. J. HydrogenMetall, 35, 5410 (2010). 
    4. S. Gahr and H. K. Birnbaum, "Hydrogen embrittlementof niobiumIII. High temperature behavior", Acta Metall., 26(11), 1781 (1978). 
    5. S. Takano and T. Suzuki, "An electron-opticalstudy of ${\beta}$-hydride and hydrogen embrittlement ofvanadium", Acta Metall., 22(3), 265 (1974). 
    6. S. I. Jeon, J. H. Park, and Y. T. Lee, "Effects of CO and TEX>$CO_{2}$ on hydrogen permeation throughPd-coated V-Ti-Ni alloy membranes", Membrane Journal, 21(3), 1 (2011).     
    7. S. I. Jeon, J. H. Park, S. J. Lee, and S. H. Choi,"Fabrication and stability of V/YSZ cermet membranefor hydrogen separation", Membrane Journal,20, 62 (2010).     
    8. S. J. Lee, S. I. Jeon, and J. H. Park, "Fabricationand stability of Pd coated Ta/YSZ cermet membranefor hydrogen separation", Membrane Journal,20, 69 (2010).     
    9. S. I. Jeon, E. Magnone, J. H. Park, and Y. T. Lee, "The effect of temperature and pressure on the hydrogen permeation through Pd-coated $Ti_{26}Ni_{21}V_{53} $ alloy membrane under different atmospheres", Materials Letters, 65, 2495 (2011). 
    10. W. Luo, K. Ishikawa, and K. Aoki, "Hydrogen permeability in Nb-Ti-Ni alloys containing much primary (Nb,Ti) phase", Mater. Trans., 46(10), 2253 (2005). 
    11. T. Kato, K. Ishikawa, and K. Aoki, "Effect of Ti/Ni ratio and annealing on microstructure and hydrogen permeability of Nb-TiNi alloy", Mater. Trans., 49(10), 2214 (2008). 

 저자의 다른 논문

  • 정영민 (1)

    1. 2011 "수소 분리를 위한 $V_{99.8}B_{0.2}$ 분리막의 제조와 수소투과특성" 멤브레인 = Membrane Journal 21 (4): 345~350    
  • 박정훈 (16)

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