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Keywords:

  • palladium;
  • composite membrane;
  • membrane reactor;
  • permeation;
  • isobutane dehydrogenation

Abstract

An attempt was made in this study to prepare very thin palladium membranes. Pd was electrolessly deposited on the inner side surface of a mesoporous ceramic tube using a peristaltic pump to circulate the electroless solution through the tube. To obtain defect-free Pd membranes, a two-step deposition procedure from a dilute Pd2+ bath and a concentrated Pd2+ bath was practised with great care to avoid the difficulties associated with the mismatch of thermal expansion coefficients between Pd and the ceramic substrate. The various membranes produced were characterized through a study of their permeation behaviors. A dense Pd membrane about 2 μm thick was permselective to hydrogen. It was found that in this very thin Pd membrane case, the hydrogen permeation flux was better correlated to hydrogen pressure using a power higher than 0.5, showing deviation from Sieverts' law. To evaluate the efficiency of the prepared thin Pd/ceramic membranes, iso-butane dehydrogenation was used as a model reaction. Enhanced dehydrogenation yields were obtained in the membrane reactor due to the separation of hydrogen from the reaction medium.

Le présent article porte sur la préparation de membranes de palladium ultraminces. Le dépǒt de palladium a été fait par placage sans électrode sur la paroi intérieure d'un tube mésoporeux de céramique avec l'aide d'un pompe péristaltique qui fait circuler la solution de déposition à travers le tube. Pour obtenir des membranes composites sans défaut, le dépǒt a été effectué en deux étapes. Dans la première étape, un bain de Pd2+ dilué a été utilisé pour déposer des particules isolées de Pd sur la surface du substrat. Dans la deuxième étape, un film de Pd continu est formé dans un bain de Pd2+ concentré. Il faut mettre beaucoup de soin durant le dépǒt pour surmonter les difficultés associées à la grosse différence des coefficients de dilatation thermique entre le Pd et le substrat céramique. Diverses membranes préparées ont été caractérisées par l'étude de leur comportement à la perméation des gaz. Une membrane non-poreuse d'une épaisseur de 2 μm n'était perméable qu'à l'hydrogène. Dans ce cas-la, le flux de perméation d'hydrogène est relié à la pression d'hydrogène à un exposant supérieur à 0.5. Le déshydrogénation de l'isobutane a été choisie comme réaction modèle pour évaluer les membranes ainsi préparées. Les rendements de la réaction de déshydrogénation ont été plus élevés dans le réacteur à membrane du fait de la séparation de l'hydrogène.