(57)【要約】【課題】ピンホールのない薄いメンブレンを多孔質体表面に形成しうる水素透過体製造方法及び水素透過体を用いた水素分離体ユニットを提供する。【解決手段】水素透過体を製造するに当たり、多孔質支持体表面に孔埋め材を積層する工程、孔埋め材を滑面化し部分的に多孔質支持体自体に接しないように水素透過膜を成膜する工程、孔埋め材を除去して多孔質支持体の表面に水素透過膜を保持する工程、を行う水素透過体製造方法である。水素透過膜と多孔質支持体とが、少なくとも該水素透過膜の中心部で接合しないように、多孔質支持体表面に孔埋め材を積層する工程を行う。  水素透過体を適用し、水素透過体を固定する部位を、水素供給側と水素透過側の間に設け、該固定部位が多孔質支持体の外周部にある水素分離体ユニットである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質支持体の表面に水素透過膜を有する水素透過体を製造するに当たり、
多孔質支持体表面に孔埋め材を積層する工程、
上記孔埋め材を滑面化し、部分的に多孔質支持体自体に接しないように水素透過膜を成膜する工程、
孔埋め材を除去して多孔質支持体の表面に水素透過膜を保持する工程、
を行うことを特徴とする水素透過体製造方法。
【請求項２】
上記孔埋め材の積層前に、上記多孔質支持体表面に水素透過膜に対する接合防止層を形成することを特徴とする請求項１に記載の水素透過体製造方法。
【請求項３】
上記孔埋め材の積層前に、上記多孔質支持体表面に水素透過膜に対する接合促進層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の水素透過体製造方法。
【請求項４】
上記多孔質支持体と上記水素透過膜とを、少なくとも該水素透過膜の外周部で、直接的又は間接的に接合することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の水素透過体製造方法。
【請求項５】
上記水素透過膜と上記多孔質支持体とが、少なくとも該水素透過膜の中心部で接合しないように、多孔質支持体表面に孔埋め材を積層する工程、を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の水素透過体製造方法。
【請求項６】
上記多孔質支持体の空隙率が、孔埋め材の加工面に対して傾斜構造をなすようにすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の水素透過体製造方法。
【請求項７】
上記水素透過膜がパラジウム系の膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の水素透過体製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の製造方法によって得られた水素透過体を適用した水素分離体ユニットであって、
上記水素透過体を固定する部位を、水素供給側と水素透過側の間に設け、該固定部位が多孔質支持体の外周部にあることを特徴とする水素分離体ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素透過体製造方法及び水素透過体を用いた水素分離体ユニットに係り、更に詳細には、例えば、多孔質体上に、水素を分離しうるパラジウム（Ｐｄ）又はＰｄ合金から成る膜を備える水素透過体の製造方法及び水素透過体を用いた水素分離体ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質体上へ水素分離膜を直接成膜（めっき、スパッタなど）する場合、水素分離膜にピンホールの無い膜を得るためには、例えば多孔質体表面の最大孔径が０．３μｍでも、少なくとも１３μｍ以上の膜の厚みが必要であり、ピンホールフリー超薄膜化を実現する上での大きな障害となっている。
そこで、多孔質体表面に薄い水素透過膜を成膜する方法として、水素透過膜を多孔質支持体の表面に施工して、多孔質体を含めた孔埋め材を平滑に処理して、その上に水素透過膜を成膜させた後に該孔埋め材を除去して水素分離体を形成する方法が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平１−１３１００４号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献に記載の技術では、多孔質体の孔を埋めた後に、表面加工で多孔質体表面を含めて平滑化しようとするため、図１（ハ）に示すように、加工の際に多孔質体１が脱落することが避けられず、表面を多孔質体１の孔がないように表面を平滑に形成することが製造上非常に困難であった。
よって、多孔質体１を含めた孔埋め材２を平滑に処理して表層にピンホールのない薄い透過膜３を成膜することは困難であった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピンホールのない薄いメンブレンを多孔質体表面に形成しうる水素透過体製造方法及び水素透過体を用いた水素分離体ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、多孔質体表面を孔埋め材で覆った後に該孔埋め材を滑面に処理し、その上にメンブレンを形成した後に該孔埋め材を除去することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の水素透過体製造方法は、多孔質支持体の表面に水素透過膜を有する水素透過体を製造するに当たり、
多孔質支持体表面に孔埋め材を積層する工程、
上記孔埋め材を滑面化し、部分的に多孔質支持体自体に接しないように水素透過膜を成膜する工程、
孔埋め材を除去して多孔質支持体の表面に水素透過膜を保持する工程、
を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の水素透過体製造方法の好適形態は、上記水素透過膜と上記多孔質支持体とが、少なくとも該水素透過膜の中心部で接合しないように、多孔質支持体表面に孔埋め材を積層する工程、を行うことを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明の水素分離体ユニットは、上記水素透過体を適用し、水素透過体を固定する部位を、水素供給側と水素透過側の間に設け、該固定部位が多孔質支持体の外周部にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、多孔質体表面を孔埋め材で覆った後に該孔埋め材を滑面に処理し、その上にメンブレンを形成した後に該孔埋め材を除去することとしたため、ピンホールのない薄いメンブレンを多孔質体表面に形成しうる水素透過体製造方法及び水素透過体を用いた水素分離体ユニットを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の水素透過体製造方法及び水素分離体ユニットについて詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、濃度、含有量、充填量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１１】
上述の如く、本発明の水素透過体製造方法は、多孔質支持体の表面に水素透過膜を有する水素透過体を製造するものであるが、以下の工程（１）〜（３）、
（１）多孔質支持体表面に孔埋め材を積層する工程、
（２）上記孔埋め材を滑面化し、部分的に多孔質支持体自体に接しないように水素透過膜を成膜する工程、
（３）孔埋め材を除去して多孔質支持体の表面に水素透過膜を保持する工程、
を行うことを特徴とする。
【００１２】
このような製造方法により、多孔質支持体と水素透過膜（メンブレン）との間隙及び接合状態を調整できるので、ピンホールのない薄いメンブレンを多孔質支持体の表面に配設した水素透過体が得られる。
【００１３】
ここで、本発明の水素透過体製造方法を、図２に示す一実施形態により説明する。
【００１４】
同図に示すように、ＳＴＥＰ１では、多孔質支持体１に孔埋め材２をコーティングする。
かかる多孔質支持体１は、例えば、セラミックス、ガラス、ステンレスなどが使用できる。
また、多孔質支持体１の平均細孔径が０．４μｍならば、厚み２０〜３０μｍ程度の孔埋め材２をコーティングすることができる。
かかる孔埋め材２としては、例えば、水／氷、ワックス、樹脂、低融点ガラス、低融点金属などがあり、多孔質支持体１の材質や次ステップの滑面加工方法に適した材料を適宜選定することが望ましい。
【００１５】
次に、ＳＴＥＰ２では、多孔質支持体１の表面を覆った孔埋め材２のみを滑面に処理する。
滑面処理方法としては、例えば、機械的な研削方法や、液剤や温度などによる表面の溶融による滑面化などがある。また、特殊な方法としては、孔埋め材２自体の表面張力により滑らかな面が形成できる場合は、その面を次ステップの水素透過膜３のベースとしてそのまま用いることも可能である。
【００１６】
次に、ＳＴＥＰ３では、滑面に処理した孔埋め材２の表面に水素透過膜３を成膜する。
かかる水素透過膜３は、例えば、バナジウムや  タンタル、ニオブ、ジルコニウム、その他、非貴金属系の鉄やニッケルなどが使用できるが、特に水素透過性能や薄膜化性能の観点からは、パラジウム（Ｐｄ）系の膜を用いることが好ましい。
成膜の方法としては、メッキなどのＣＶＤ法、真空蒸着やスパッタリングなどのＰＶＤ法、塗布などによる表面層製造方法が適用できる。他に、薄膜成形した膜で表面を覆うことでも可能である。
【００１７】
最後に、ＳＴＥＰ４では、孔埋め材２を除去する。これにより、多孔質支持体１と水素透過膜３が残り、水素透過体が得られる。
孔埋め材２を除去する方法としては、孔埋め材２が水／氷、ワックス、樹脂などの場合には、蒸発・気化除去、昇温融解除去、燃焼除去、溶媒融解などの方法が適用できる。また、孔埋め材２が低融点ガラス、低融点金属などの場合には、昇温融解除去、酸融解除などの方法が適用できる。
具体的には、約４００℃〜５００℃で焼成することができる。例えば、孔埋め材２として用いうるポリスチレンは、真空中にて約３６０℃で１００％揮発することが知られている。このため、上記焼成温度であれば、孔埋め材２を昇華（蒸発）させ、除去することができるので、多孔質支持体１と水素透過膜３との間に空間を設けることができる。
また、除去処理に用いる溶媒としては、例えば、トルエン、ニトロベンゼン、クロロフォルム、アセトンなどが使用できる。
【００１８】
図３に、本発明の製造方法で得られる水素透過体の一例の概要を示す。
【００１９】
この水素透過体は、多孔質支持体１上から作製過程で孔埋め材２が除去されたことにより、部分的に多孔質支持体１と水素透過膜（メンブレン）３とが接着していない構造を有し、この部分が水素の透過部分として作用する。
また、一方で多孔質支持体１と水素透過膜３は部分的に接着した構造を有し、この部分で多孔質支持体１上に水素透過膜３が固定され、水素透過体として多孔質支持体１と水素透過膜３が一体化している。
【００２０】
なお、水素透過体を適用した水素分離体ユニットは、水素透過体を固定する部位を、水素供給側と水素透過側の間に設け、該固定部位が多孔質支持体の外周部にあるようにすることができる。図４に示すように、例えば、多孔質支持体１と水素透過膜３の接合部である外周部分と、筐体とをシール部材を用いて接合（接着）することができる。
【００２１】
また、本発明の製造方法においては、上記多孔質支持体と上記水素透過膜とを、少なくとも該水素透過膜の外周部で、直接的又は間接的に接合することが好ましい。例えば、水素透過膜の中心部に対向する多孔質支持体に孔埋め材を積層し、一方円周部で多孔質支持体と上記水素透過膜とが接することで直接的な接合ができる。
これにより、水素透過膜と多孔質支持体とが、少なくとも該水素透過膜の中心部（中央部）で接合しないように、水素透過体を形成できる。
なお、間接的に接合するとは、多孔質支持体と水素透過膜とがバインダーを介して接合されていてもよいことを意味する。
【００２２】
図５に、多孔質支持体１と水素透過膜３とを接合・接着する方法について示す。
【００２３】
第１の接合例は、多孔質支持体１を孔埋め材２で覆った後、滑らかな表面に水素透過膜３を設置する場合に、多孔質支持体１の一部を露出させておき、この部分で多孔質支持体１と水素透過膜３を接合するものである。言い換えれば、孔埋め材２の加工面を研削し、接合部となる多孔質支持体１側が露出するように切り込んでいる。
【００２４】
第２の接合例は、多孔質支持体１の表面に凸凹を付けて、孔埋め材２を滑面に加工する際に、多孔質支持体１の凸部を滑面から露出させ水素透過膜３を設置することで、多孔質支持体１と水素透過膜３を接合するものである。
【００２５】
このように、孔埋め材２の積層前又は積層後に、多孔質支持体１、孔埋め材２のいずれか一方又は双方を研削または除去して多孔質支持体と水素透過膜の接合部を部分的に形成することで、多孔質支持体１と水素透過膜３とが部分的に接合するように作製できる。
なお、第１、第２の接合例は、ともに多孔質支持体１を露出させる処理で多孔質支持体１と孔埋め材２を一緒に加工するが、加工の際に多孔質体粒が一部がとれ、表面が滑面化しない場合でも、多孔質支持体１と水素透過膜３を接合接着させることは可能であるため、従来の水素を透過する面で孔埋め材２と多孔質支持体１を接合する場合に較べて、水素透過面積を大きく取ることができ、且つ、薄い水素透過膜を多孔質支持体と一体とすることができてその取り扱いを容易に行うことができる。
【００２６】
第３の接合例は、多孔質支持体１の孔埋め材２の材質を、多孔質支持体１と水素透過膜３の接合部では水素透過膜３と接合可能な材質とし、接合部以外では水素透過膜３と接合しない材質とすることにより、部分的に多孔質支持体１と水素透過膜３を接合するものである。
この方法では多孔質支持体１と水素透過膜３との接合部を露出させる加工処理が必要ないため、図６に示すように、多孔質体の粒子径が傾斜構造を持ち、多孔質体表面を露出させる際に多孔質体の粒子が剥がれやすく製法に困難さがある場合にも容易に水素透過体が製造できるという特徴がある。
【００２７】
図７に、水素透過膜３を成膜する際の多孔質支持体１の表面構造を示す概念図を示す。
【００２８】
即ち、本発明の水素透過体製造方法においては、孔埋め材２を塗布する工程の前に、多孔質支持体１の表面に、水素透過膜３との接合防止層５や、接合促進層４を付加することにより、孔埋め材２を除去し水素透過体を完成した後の操作によって水素透過膜３と多孔質支持体１の接合（接着）関係をコントロールすることができる。
【００２９】
例えば、図７の左図に示すように、多孔質支持体１の材質が水素透過膜３と膨張率が近いなどの理由により両者のひずみが小さく、接触部で接合（接着）させることにより、水素透過膜３の損傷を防止できるような場合には、接合促進層４を追加することで水素透過膜３を多孔質支持体１の粒子表面で接合（接着）させ、多孔質支持体１と水素透過膜３の一体化を促進させ水素透過体の破損を防止することができる。
かかる接合促進層４としては、例えば、パラジウム（Ｐｄ）などの単体やそれらの複合物、又はこれらと銅や銀との合金などを用いることができる。
なお、水素透過膜３と多孔質支持体１が材質的に接合しやすく、更に構造上水素透過膜３を多孔質支持体１の粒子表面で接合させることが好ましい場合には、接合促進層４を施す必要がない場合もある。
【００３０】
一方、図７の右図に示すように、逆に多孔質支持体１と水素透過膜３を接合させたくない場合には、接合防止層５を追加することで多孔質支持体１と水素透過膜３を接着させないようにできる。
かかる接合防止層５としては、例えば、金属多孔体表面上に酸化アルミナや酸化シリコンなどの酸化剤や酸化物を用いることができる。
【００３１】
以上説明したように、本発明の水素透過体製造方法によれば、ピンホールのない薄いメンブレンを多孔質体表面に有する水素透過体を得ることができる。
かかる水素透過体は、代表的には、厚さ３００〜６００μｍの多孔質支持体の表面に、厚さ１〜２０μｍの水素透過膜を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のガス分離体の製造方法の一例を説明するフロー図である。
【図２】本発明の水素透過体製造方法の一例を説明するフロー図である。
【図３】本発明の水素透過体製造方法で得た水素透過体の一例を示す断面概略図である。
【図４】水素透過体と筐体の接合方法の一例を示す断面概略図である。
【図５】多孔質支持体１と水素透過膜３との接合部の例１〜３を示す断面概略図である。
【図６】多孔質支持体が傾斜構造を有する水素透過体の一例を示す断面概略図である。
【図７】多孔質支持体に接合促進層又は接合防止層を設けたときのメンブレンとの接触部を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  多孔質支持体
２  孔埋め材
３  水素透過膜、メンブレン
４  接合促進層
５  接合防止層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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