氢分离与CO催化甲烷化双功能型钯复合膜案例一则
通常认为氢气采取溶解-扩散机理，通过钯膜，包括以下3步：(1)氢分子在膜表面发生解离，变成氢原子；(2)膜表面上氢原子可逆溶解到致密钯膜中；(3)氢原子在膜中进行扩散。
一般采取降低膜厚和优化膜微观结构的方法提高透氢能力。通常将钯或其合金膜附着在多孔载体或者在多孔载体的孔道内部制备成钯或钯合金膜，金属膜层厚度一般控制在20μm以下。这样不仅降低了材料成本，而且与非担载膜相比，具有较好的机械强度和较大的渗透通量。
载体表面的粗糙度、孔径大小以及所用的制备方法等都会影响钯膜的厚度及其完整性。Quicker等使用化学气相沉积法在孔径为0.1μm 的氧化铝载体上制备不出完整的钯膜，但在孔径为4nm的氧化铝载体上可以获得完整的钯膜。Yildirim等的结果表明，使用磁控溅射法在孔径为4nm的多孔玻璃载体上，只有制备出的钯膜厚度大于4μm才可保证膜的完整性。
另一方面，在高温环境中，载体的材质特性也在很大程度上影响钯复合膜的透氢性能。陶瓷载体和金属膜有不同的热膨胀系数，在焙烧或高温条件下应用时会出现分层现象，导致裂缝的出现。选用金属载体(通常是多孔不锈钢)的优点在于载体本身不容易产生裂缝，而且与金属钯的热膨胀系数接近，高温条件下不容易发生分层现象。但是，商业化的不锈钢载体表面较为粗糙、孔径较大，容易出现缺陷，因而制备出的钯膜比较厚。通常要对载体进行机械或者化学抛光处理，也可以引入性能稳定的中间层(比如γ-Al2O3、氮化钛、二氧化硅和氧化锆来修饰载体。这样既可以避免高温条件下产生分层现象，提高热稳定性，又减小了载体表面的孔径，有利于制备连续、无缺陷的钯膜。Nam和Lee首先使用溅射法在孔径0.5μm的多孔不锈钢表面修饰了一层氮化钛，然后利用真空电镀法制备出无缺陷的钯镍合金膜。在 723K条件下，其H2/N2分离系数高达4600，并可连续稳定工作60天，利用该膜可以制备纯度高达 99.9 %的纯氢。
另一个提高氢气渗透性能的方法是优化膜的微观结构，尽量减少裂缝。通常认为，含有较小钯颗粒，尤其是纳米级钯颗粒的膜具有较多且细小的颗粒边界，其透氢性能比含有较大钯颗粒的膜要好。但Lin和Xomeritakis的研究却表明，当钯膜非常薄时，钯颗粒的减小导致氢气通量的降低。其可能的原因是此时氢气通过钯膜为表面反应速率控制。合金膜的晶体结构也会影响到氢的渗透能力，比如氢气在体心结构的钯铜合金中的渗透速率就要比面心结构中的快，而且不同的合金组成也会对透氢能力有明显影响。完整、无裂缝的钯膜对氢气和氮气的分离系数理论上为无穷大，但当氢气和氮气以努森扩散方式通过裂缝时，其分离因子只有 3174，所以修补钯膜的裂缝对提高分离性能有重要意义。