Способ получения композиционных металлокерамических мембран cvd-методом и устройство для его реализации
Использование: в химической технологии для получения композиционных металлокерамических мембран CVD-методом с использованием металлоорганических соединений (МОС). Сущность изобретения: для получения композиционных металлокерамических мембран с активным рабочим слоем из Мо на внешней поверхности пористой керамической подложки проводят CVD-процесс при следующих условиях: температура испарения Мо(СО)6 - 60-70°С, температура нагрева подложки - 400°С, расход газа-носителя (N2) - 60л/ч, продолжительность процесса осаждения не менее 6 ч. Для получения металлокерамических мембран использована установка с вертикальным реактором, включающим зоны сублимации и осаждения и снабженным электрическим микронагревателем чашечки с МОС, регулируемой системой охлаждения и нагрева испарителя и обратным газовым клапаном. Техническим результатом изобретения является получение композиционных металлокерамических мембран с активным рабочим слоем из Мо при минимальном уменьшении объемной пористости, а также создание устройства для этого. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к химической технологии, а именно к получению композиционных металлокерамических мембран CVD (Chemical Vapor Deposition)-методом с использованием металлорганических соединений (МОС), и может быть применено при производстве композиционных мембран для баромембранных и мембранно-каталитических процессов.
Известен способ [1] получения металлокерамических мембран, заключающийся в осаждении Pd на пористую ультрафильтрационную керамическую подложку методом CVD под атмосферным давлением. Пористая керамическая подложка выполнена из слоя




Термостатирование испарителя осуществлялось водой, но для этого может быть использована и иная жидкость, в зависимости от того, какую температуру необходимо достичь в испарителе. Для регулирования концентрации паров карбонила Mo использовался электрический микронагреватель, снабженный термопарой. Вся конструкция закреплена на крышке реактора (9). Регулирование температуры нагрева и охлаждения испарителя осуществлялось с помощью одного четырехходового и двух трехходовых кранов - фиг.2. Перед началом процесса испарения МОС, а именно во время прогрева керамической трубки в реакционной камере и установления в CVD-реакторе инертной атмосферы, в испаритель подавалась холодная проточная вода, которая из трубопровода поступала в кран 1, затем через краны 2 и 4 - в испаритель CVD-реактора, оттуда в кран 3 и в канализацию. После того как в реакционной камере установилась постоянная температура осаждения и в реакторе образовалась инертная атмосфера, в результате продувки его N2 в.ч., холодная вода отключалась и быстро сливалась из испарителя самотеком через трехходовой кран 3. Затем краны 2, 3 и 4 переключались на подачу воды из термостата, которая непрерывно через четырехходовой кран 4 поступала в испаритель CVD-реактора и через краны 2 и 3 возвращалась в термостат. В этот момент включался микронагреватель чашечки с МОС. Как только температура в чашке с МОС достигала необходимой величины, фиксировалось начало отсчета времени процесса осаждения. По окончании CVD-процесса микронагреватель отключался и четырехходовой кран 4 переключался в исходное положение. Краны 2 и 3 также переключались в исходное положение и в испаритель подавалась холодная проточная вода. Для предотвращения попадания кислорода воздуха в реактор, использовался обратный клапан (8). Указанные выше пределы технологических параметров, а также созданные специально для этого процесса устройства, обеспечивают получение композиционных Mo-керамических мембран со слоем Mo на внешней поверхности подложки с минимальным уменьшением объемной пористости последней, что иллюстрируют следующие примеры. Пример 1
Керамическая мембрана (6) длиной 10 см помещалась в реакционную камеру (2) CVD-реактора; нагревалась до температуры 400oC. При этом реактор продувался газом-носителем с небольшим расходом. Затем в охлаждаемый проточной водой испаритель (1) помещался микронагреватель (4), соединенный с чашечкой (3) и термопарой (5). В чашечку загружалась навеска Mo(CO)6. Реактор продувался газом-носителем для создания инертной атмосферы; при этом устанавливался расход газа-носителя 60 л/час. Затем проточная вода отключалась и сливалась из рубашки испарителя (1), а система кранов (фиг. 2) переключалась на поток термостатированной воды (температура воды 60oC), и устанавливалась температура нагрева чашки (3) с МОС. Вся эта операция занимала 1-2 мин. После этого сразу же фиксировалось время начала процесса осаждения. Продолжительность опыта 6 часов. Завершали опыт, выполняя все описанные выше действия с системой кранов в обратном порядке. В результате получали композиционную молибден- керамическую мембрану, электронно-микроскопические снимки поверхности и поперечного сечения которой представлены на фиг. 3. Открытая пористость полученной мембраны 42%. Для сравнения, здесь же (фиг. 3) приводятся снимки поверхности и поперечного сечения пористой исходной керамической подложки. Пример 2
Последовательность операций, размер трубки, расход газа-носителя и температура испарения и разложения Mo(CO)6 те же, что и в примере 1. Продолжительность процесса 1 час. В результате получалась мембрана с открытой пористостью 43%. По данным SEM (сканирующая электронная микроскопия) установлено, что с увеличением продолжительности процесса осаждения Mo на керамическую подложку происходит образование тонкого (30 мкм) приповерхностного слоя Mo. Пример 3
Порядок действий аналогичен примерам 1 и 2. При температуре испарения 40oC, температуре подложки не выше 400oC и продолжительности процесса осаждения 1 час относительное изменение веса мембраны в три раза меньше, чем при температуре испарения 60oC и равенстве всех остальных параметров, и составляет от 0,02 до 0,05 мас.%. Пример 4
Последовательность действий, размер трубки, расход газа-носителя, температура испарения Mo(CO)6, продолжительность процесса те же, что в примере 2. Температура подложки 210oC. В результате происходит проникновение Mo глубоко внутрь пор подложки и осаждение на ее внутренней поверхности. Пример 5
Все действия аналогичны указанным в примере 2, температура подложки не превышает 400oC. В результате в реакторе возрастает доля объемных процессов превращения Mo(CO)6 и Мо осаждается в объеме реактора. Литература
1. George Xomeritakis, Annual Meeting Session 11, American Institute of Chemical Engeneers, "CVD-Synthesis and Gas Permeation Properties of Thin Palladium Membranes", Paper 11d, 1997. 2. US Patent N 5186833. 3. В.Г.Сыркин. Карбонилы металлов. М.: Химия, 1983, с. 22- 28.
Формула изобретения

РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3