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멤브레인 = Membrane Journal v.22 no.1, 2012년, pp.16 - 22   피인용횟수: 1

수성 가스 전이반응에서 $V_{99.8}B_{0.2}$ 합금 분리막의 수소분리
Hydrogen separation of $V_{99.8}B_{0.2}$ Alloy Membrane in Water-gas shift Reaction

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

    팔라듐이 코팅된 $V_{99.8}B_{0.2}$ 합금 분리막을 통해 sweep 가스를 사용하지 않고 수소 투과 시 혼합가스의 영향에 대해 알아보았다. 분리막은 $400^{\circ}C$ 에서 sweep 가스를 사용하지 않고 순수 수소, 수소/이산화탄소, 수소/일산화탄소의 혼합가스를 1.5~8.0 bar의 압력으로 실험하였다. Sweep 가스를 사용하지 않고 수소만을 공급한 투과 실험에서 팔라듐 코팅된 $V_{99.8}B_{0.2}$ 합금 분리막(두께 : 0.5 mm)의 수소 투과량은 $40.7mL/min/cm^2$ 였다. 또한 수소/이산화탄소를 공급한 투과실험에서 $V_{99.8}B_{0.2}$ 합금 분리막의 수소 투과량은 $21.4mL/min/cm^2$ 였다. 수소/이산화탄소 및 수소/일산화탄소 혼합가스를 각각 공급할 때 투과량은 압력에 상관없이 수소 분압 감소 만큼 감소하였고 모든 경우 Sievert 법칙을 잘 만족시켰다. 투과 후 분리막의 XRD, SEM/EDX 결과로부터 $V_{99.8}B_{0.2}$ 합금 분리막은 여러 혼합가스에 대해 안정성과 내구성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.


    The influence of co-existing gases on the hydrogen permeation without sweep gas was studied through a Pd-coated $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane. Membranes have been investigated in the pressure range 1.5-8.0 bar under pure hydrogen, hydrogen-carbon dioxide and hydrogen-carbon monoxide gas mixture without sweep gas at $400^{\circ}C$ . Preliminary hydrogen permeation experiments without sweep gas have been confirmed that hydrogen flux was $40.7mL/min/cm^2$ for a Pd-coated $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane (thick : 0.5 mm) using pure hydrogen as the feed gas. In addition, hydrogen flux was $21.4mL/min/cm^2$ for $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane using $H_2/CO_2$ as the feed gas. The hydrogen permeation flux decreased with decrease of hydrogen partial pressure irrespective of pressure when $H_2/CO_2$ and $H_2/CO$ mixture applied as feed gas respectively and permeation fluxes were satisfied with Sievert's law in different feed conditions. It was found from XRD, SEM/EDX results after permeation test that the Pd-coated $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane had good stability and durability for various mixtures feeding condition.


  • 주제어

    hydrogen separation .   vanadium .   V-B .   WGS .   sweep gas.  

  • 참고문헌 (15)

    1. L. Dubois, P. K. Mbasha, and D. Thomas, "$CO_{2}$ adsorption into aqueous solution of a polyamine, a sterically hindered amine, and their blends", Chem. Eng. Technol., 33, 461 (2010). 
    2. R. Bounaceur, N. Lape, D. Roizard, C. Vallieres, and E. Favre, "Membrane processes for post-combustion carbon dioxide capture: a parametric study", Energy, 31, 2556 (2006). 
    3. H. Hong, R. Field, M. Gazzino, and AF. Ghoniem, "Operating pressure dependence of the pressurized oxy-fuel combustion power cycle", Energy, 35, 5391 (2010). 
    4. P. Chiesa, T. G. Kreutz, and G. G. Lozza, "$CO_{2}$ sequestration from IGCC power plants by means of metallic membranes", J. Eng. For Gas Turbines Power, 129, 123 (2007). 
    5. W. Wang, K. Ishikawa, and K. Aoki, "Microstructural change-induced lowering of hydrogen permeability in eutectic Nb-TiNi alloy", J. Membr. Sci., 351, 65 (2010). 
    6. T. Ozaki, Y. Zhang, M. Komaki, and C. Nishimura, "Hydrogen permeation characteristics of V-Ni-Al alloys", Int. J. Hydrogen Energy, 28, 1229 (2003). 
    7. M. D. Dolan, "Non-Pd BCC alloy membranes for industrial hydrogen separation", J. Membr. Sci., 362, 12 (2010). 
    8. S. A. Steward, "Review of hydrogen isotope permeability through materials", Lawrence Livermore National Laboratory Report, UCRL-53441 (1983). 
    9. S. I. Jeon, J. H. Park, and Y. T. Lee, "Effects of CO and CO2 on hydrogen permeation through Pd-coated V-Ti-Ni alloy membranes", Membrane Journal, 21, 3 (2011).     
    10. C. Nishimura, M. Komaki, and M. Amano, "Hydrogen permeation characteristics of vanadium-molybden um alloys", Trans. Mat. Res. Soc. Jpn., 18B 1273 (19 94). 
    11. C. Nishimura, T. Ozaki, M. Komaki, and Y. Zhang, "Hydrogen permeation and transmission electron microscope observations of V-Al alloys", J. Alloys Compd., 356-357, 295 (2003). 
    12. S. I. Jeon, J. H. Park, S. J. Lee, and S. H. Choi, "Fabrication and stability of V/YSZ cermet membrane for hydrogen separation", Membrane Journal, 20, 62 (2010).     
    13. S. J. Lee, S. I. Jeon, and J. H. Park, "Fabrication and stability of Pd coated Ta/YSZ cermet membrane for hydrogen separation", Membrane Journal, 20, 69 (2010).     
    14. A. Basile, F. Gallucci, A. Iulianelli, G. F. Tereschenko, M. M. Ermilova, and N. V. Orekhova, "Ti-Ni-Pd dense membranes-The effect of the gas mixtures on the hydrogen permeation", J. Membr. Sci., 310, 44 (2008). 
    15. H. Li, A. Goldbach, W. Li, and H. Xu, "PdC formation in ultra-thin Pd membranes during separation of $H_{2}$/CO mixtures", J. Membr. Sci., 299, 130 (2007). 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Choi, Mi Young ; Chung, Kun Yong 2012. "Supported Ionic Liquid Membrane Preparation for Carbon Dioxide Separation" 멤브레인 = Membrane Journal, 22(4): 280~283     

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