包括氣體分離膜的復(fù)合氣體分離組件通常用于從氣體混合物中選擇性地分離特定氣體。這些復(fù)合氣體分離組件可以由多種材料制成，但是一些更常用的材料是聚合物、陶瓷和金屬復(fù)合材料。

雖然聚合物膜可以為低溫下的氣體分離提供有效且節(jié)省成本的選擇，但它們通常不適合高溫高壓氣體分離工藝。這是因?yàn)樗鼈円子谠谳^高溫度下熱分解。陶瓷材料的使用在商業(yè)工廠建設(shè)中通常并不優(yōu)選，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀灼屏?，并且難以在使用這些材料時(shí)獲得防漏密封。聚合物和陶瓷膜通常不能夠滿足日益嚴(yán)格的環(huán)境規(guī)范和日漸增長的高溫加工要求，其可能需要復(fù)合氣體分離組件的應(yīng)用能夠在升高的溫度下操作并且能夠提供高通量和高選擇性。

現(xiàn)有技術(shù)公開了負(fù)載在多孔基體上且可用于高溫氣體分離應(yīng)用的不同類型的氣體分離膜和用于制造它們的方法。許多用于將薄的、致密的、氣體選擇性的膜層沉積到多孔基體上的已知技術(shù)使用常常導(dǎo)致表面厚度不均勻的技術(shù)。美國專利第7175694號(hào)中描述了這些技術(shù)中的一種。

美國專利第7175694號(hào)公開了包括多孔金屬基體、中間多孔金屬層和致密的氫氣選擇性膜的氣體分離組件。該專利教導(dǎo)了可以研磨或拋光中間多孔金屬層以從其表面去除不利形態(tài)，并在之后沉積致密的氣體選擇性金屬膜層。雖然美國專利第7175694號(hào)啟示了中間多孔金屬層的研磨或拋光操作的目的是從其表面去除不利形態(tài)，但它沒有啟示拋光這些層可以增強(qiáng)在更少的步驟中密封金屬表面以獲得更薄的防漏金屬表面的能力。它同樣未能教導(dǎo)任何關(guān)于使用某些類型的拋光介體或條件以便于將金屬膜層沉積到載體上和將表面特性施加到金屬膜層上的總過程的事情，所述表面特性提供密封并且允許隨后在所述金屬膜層上安置薄的、防漏的金屬膜層。

美國專利第8167976號(hào)公開了一種制造鈀復(fù)合氣體分離組件的方法，其提出了制造金屬復(fù)合氣體分離膜系統(tǒng)的方法。膜系統(tǒng)可以包括多孔載體和覆蓋所述多孔載體的第一氣體選擇性材料膜層，其中該膜層的大部分通過使用超細(xì)磨料去除，以提供膜厚度減少的膜層。第二氣體選擇性材料被沉積在該膜厚度減少的膜層上，以提供具有覆蓋層厚度的第二氣體選擇性材料覆蓋層。該方法提供了具有膜厚度減少的膜層和有覆蓋層厚度的覆蓋層的氣體分離膜系統(tǒng)。

美國專利申請(qǐng)公布2011/0232821中公開了另一種方法，其描述了通過提供其上沉積金屬膜層的多孔載體材料以及將提供激活金屬膜層表面的某種表面特性施加到金屬膜層表面上來制造氣體分離膜系統(tǒng)的方法。這種表面激活增強(qiáng)了后續(xù)金屬膜層在其上的設(shè)置。

需要找到制造超薄且不漏氣的負(fù)載型透氣性金屬膜的改進(jìn)方法。特別是，這些方法應(yīng)當(dāng)能夠使得可以用最少數(shù)量的金屬鍍覆步驟制造超薄透氣性金屬膜，這還導(dǎo)致減少其他制造步驟數(shù)量。另外，需要找到最小化膜金屬厚度的方法，以減少鋪設(shè)在膜載體上的昂貴金屬的量和提供性能特性增強(qiáng)的最終負(fù)載型透氣性金屬膜。

因此，在多個(gè)實(shí)施方式中，本文提供用于制造氣體分離膜系統(tǒng)的方法。

在一些實(shí)施方式中，該方法包括將氣體選擇性材料的膜沉積在管狀多孔載體的表面上，由此提供具有氣體選擇性基體膜層的所述管狀多孔載體；退火所述氣體選擇性基體膜層，由此形成第一經(jīng)退火氣體選擇性膜層；通過用研磨介體在第一受控拋光條件下拋光所述第一經(jīng)退火氣體選擇性膜層而形成第一經(jīng)研磨膜表面，所述研磨介體包括旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪(rotary fibrous buff)，所述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪包括用聚合物粘合劑粘附到纖維載體的多個(gè)磨料顆粒；和將所述氣體選擇性材料的膜沉積在所述第一經(jīng)研磨膜表面上，由此形成第一覆蓋膜層。

在一些實(shí)施方式中，該方法包括將氣體選擇性膜層沉積在管狀多孔載體的表面上；退火所述氣體選擇性膜層，由此形成經(jīng)退火氣體選擇性膜層；用研磨介體在受控拋光條件下拋光所述經(jīng)退火氣體選擇性膜層，所述研磨介體包括旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，所述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪包括用聚合物粘合劑粘附到纖維載體的多個(gè)磨料顆粒，由此形成經(jīng)研磨膜表面；將另一個(gè)氣體選擇性膜層沉積在所述管狀多孔載體的所述經(jīng)研磨膜表面上；和相繼地重復(fù)操作退火、拋光和沉積操作直到形成防漏膜系統(tǒng)。

圖1是在機(jī)器人控制拋光條件下的膜系統(tǒng)的正視圖，其示出了與旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪相關(guān)聯(lián)的具有金屬膜層的管狀多孔載體。

圖2是與旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪相關(guān)聯(lián)的圖1的膜系統(tǒng)的部分側(cè)視圖。

在多個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及制造氣體分離膜系統(tǒng)的方法。該方法在一種或多種受控研磨或拋光條件下對(duì)一個(gè)或多個(gè)氣體選擇性膜層(特別是包含氣體選擇性金屬的一個(gè)或多個(gè)金屬膜層)使用特定類型的研磨介體，所述氣體選擇性膜層在具體限定的工藝參數(shù)內(nèi)的條件下沉積在管狀多孔載體上。研磨介體的物理性質(zhì)與研磨或拋光負(fù)載型氣體選擇性金屬膜層的方式或條件的組合實(shí)現(xiàn)了與使用各種現(xiàn)有技術(shù)方法所可能實(shí)現(xiàn)的相比更少的必要金屬鍍覆步驟以制備最終密封氣體選擇性金屬膜層以及更薄的氣體選擇性金屬膜層。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，機(jī)器人，特別是機(jī)器人拋光單元，被用來控制研磨或拋光氣體選擇性金屬膜層的方式或條件。使用機(jī)器人拋光單元可以提供出人意料的益處，如下文進(jìn)一步闡述的。要認(rèn)識(shí)到，當(dāng)研磨條件不能夠通過其他手段控制或?qū)崿F(xiàn)時(shí)，可以使用機(jī)器人拋光實(shí)現(xiàn)對(duì)這些研磨條件的精確控制。

其上沉積氣體選擇性膜層的多孔載體可以包括任何適合用作氣體選擇性材料載體并且可透過氫氣的多孔金屬材料。在多個(gè)實(shí)施方式中，多孔載體可以是管狀的形狀或幾何結(jié)構(gòu)，并且具有允許其上施加或沉積氣體選擇性材料層的表面。這樣的管狀多孔載體具有共同限定壁厚度的內(nèi)表面和外表面，內(nèi)表面限定管狀導(dǎo)管。在多個(gè)實(shí)施方式中，管狀多孔載體的外直徑(OD)可以在1.5cm至13cm范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選地，管狀多孔載體的外直徑在2.5cm至10cm范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，更優(yōu)選地，管狀多孔載體的外直徑在3cm至8cm范圍內(nèi)。

雖然形狀通常為管狀的多孔載體在本文描述的實(shí)施方式中可能是特別期望的，但要認(rèn)識(shí)到其他載體形狀也是可能的。例如，在一些實(shí)施方式中，基本上是平面的載體可以通過本文描述的技術(shù)進(jìn)行改變而轉(zhuǎn)變成膜系統(tǒng)。這樣的改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員和本文所述益處將是明顯的。

管狀多孔載體的多孔金屬材料可以選自本領(lǐng)域技術(shù)人員已知材料中的任一種，包括但不限于，不銹鋼，(1)例如，301、304、305、316、317和321系列不銹鋼；(2)合金，例如B-2、C-4、C-22、C-276、G-30、X以及其它；和(3)合金，例如合金600、625、690和718。多孔金屬材料因此可以包含可透過氫氣并且包含鐵和鉻的合金。多孔金屬材料還可以包含另外的合金金屬，如鎳、錳、鉬及其任意組合。

適合用作多孔金屬材料的一種特別期望的合金可以包含量為合金總重量的最多約70重量％的鎳以及量為合金總重量的10至30重量％的鉻。用作多孔金屬材料的另一種合適的合金包含30至70重量％的鎳、12至35重量％的鉻和5至30重量％的鉬，這些重量％均基于合金總重量。在一些實(shí)施方式中，INCONEL和HASTELLOY合金相對(duì)于其他合金可能是更優(yōu)選的。

多孔金屬材料的厚度(例如，如上文所述的壁厚度)、孔隙度和孔的孔徑分布是多孔載體的性質(zhì)，其可被選擇以提供具有一組期望性質(zhì)的氣體分離膜系統(tǒng)。

應(yīng)理解，當(dāng)多孔載體用于氫氣分離應(yīng)用時(shí)，隨著多孔載體厚度增加，穿過它的氫氣通量將傾向于降低。操作條件，如壓力、溫度和流體流組成，例如，也可以影響氫氣通量。在任何情況下，使用具有合理小厚度的多孔載體可能是期望的，以提供通過的高氣體通量。

下文預(yù)期的典型應(yīng)用的管狀多孔載體的壁厚度可以在約0.1mm至約25mm范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選地，壁厚度可以在1mm至15mm范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，更優(yōu)選地，范圍可以是2mm至12.5mm，并且最優(yōu)選地，范圍可以是2.5mm至8mm。

多孔金屬材料的孔隙度可以在0.01至約1范圍內(nèi)。術(shù)語孔隙度在本文中定義為多孔金屬材料的非固體體積相對(duì)于總體積(即，非固體與固體)的比例。在一些實(shí)施方式中，更典型的孔隙度可以在0.05至0.8范圍內(nèi)，甚至0.1至0.6范圍內(nèi)。多孔金屬材料的孔的孔徑分布可以隨中值孔直徑變化，典型地在約0.1微米至約50微米范圍內(nèi)。更典型地，在多個(gè)實(shí)施方式中，多孔金屬材料的孔的中值孔直徑可以在0.1微米至25微米范圍內(nèi)，并且最典型地，在0.1微米至15微米范圍內(nèi)

在本發(fā)明方法中，最初提供了多孔載體，特別是管狀多孔載體，其已經(jīng)通過經(jīng)由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何適合手段或方法將氣體選擇性金屬或材料的金屬膜層沉積或安置在其表面上而制備。用于在多孔載體上制備和形成金屬層或膜的適合手段或方法中的一些包括在美國專利7175694、美國專利8167976和美國專利申請(qǐng)公布2011/0232821中描述的那些，其各自通過引用并入本文。這樣的用于在管狀多孔載體上沉積或安置基體金屬膜層的適合手段或方法的實(shí)例包括通過化學(xué)鍍(electroless plating)、熱沉積、化學(xué)氣相沉積、電鍍、噴霧沉積、濺射涂布、電子束蒸發(fā)、離子束蒸發(fā)、粉末3D打印技術(shù)、激光添加法(laser additive methods)、氣溶膠噴射法、激光工程化凈成形、氣溶膠噴射應(yīng)用和噴霧熱解而將金屬膜沉積在其表面上。在管狀多孔載體上沉積金屬膜層的其他適合方法包括美國專利7759711中公開的那些，其通過引用并入本文。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選沉積方法是化學(xué)鍍。

氣體選擇性金屬或材料，作為在本文中使用的術(shù)語，代表當(dāng)其處于致密(即，具有最少量的允許氣體無障礙通過的針孔、裂縫、空隙空間等)薄膜形態(tài)時(shí)可選擇性透過氣體的材料。因此，氣體選擇性材料的致密薄層可以起到選擇性地允許期望氣體通過，同時(shí)阻止其他氣體通過的作用?？赡艿臍怏w選擇性金屬包括鈀、鉑、金、銀、銠、錸、釕、銥、鈮及其兩種或更多種的合金。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，氣體選擇性材料是氫氣選擇性金屬，如鉑、鈀、金、銀及其組合，包括合金。在一些實(shí)施方式中，更優(yōu)選的氣體選擇性材料是鈀、銀和鈀與銀的合金。在另外一些實(shí)施方式中，最優(yōu)選的氣體選擇性材料是鈀。

氣體選擇性金屬膜層的典型膜厚度可以在1微米至50微米范圍內(nèi)。也就是說，防漏膜系統(tǒng)可以具有在前述范圍內(nèi)的厚度。出于本公開的目的，如果膜系統(tǒng)可以在約15psi或更高的壓力下維持壓力密封，那么它將被認(rèn)為是防漏的。然而，對(duì)于一些氣體分離應(yīng)用，在該范圍上端的膜厚度可能太厚而不能提供允許選擇期望氣體的合理氣體通量。而且，多種現(xiàn)有技術(shù)制造方法常常提供具有不可接受地厚的氣體選擇性膜層的氣體分離膜系統(tǒng)，使得它們提供了不可接受的氣體分離能力。通常，大于20微米的膜厚度太大而不能實(shí)現(xiàn)從氣體流可接受地分離氫氣。甚至大于15微米，或甚至10微米的膜厚度都是不期望的。因此，在一些實(shí)施方式中，膜系統(tǒng)可以具有約20微米或更小的金屬膜層厚度，和在其他實(shí)施方式中，膜系統(tǒng)可以具有約10微米或更小的金屬膜層厚度。

本發(fā)明方法的一個(gè)重要方面是，在其拋光步驟中使用特定研磨介體，并將拋光參數(shù)控制在具體限定的工藝條件內(nèi)研磨介體。令人驚訝的是，拋光步驟中使用的這種特征組合在盡可能少的或者數(shù)量減少的鍍覆步驟中提供了密封的金屬膜層表面。其通過提供以比對(duì)比方法更有效的方式使用各個(gè)層的沉積金屬而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)；并且，因此，制造膜系統(tǒng)內(nèi)的超薄氣密性膜需要較少的鍍覆步驟。形成超薄氣密性膜所需鍍覆步驟數(shù)量的減少是通過更好地利用沉積金屬來密封用各個(gè)鍍覆步驟形成的金屬膜層而實(shí)現(xiàn)。這不但可以產(chǎn)生更薄的氣密性膜層，而且還可以在時(shí)間、勞動(dòng)力和材料成本方面實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。

在本發(fā)明方法的多個(gè)實(shí)施方式中，研磨介體可以包括旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，如起褶的(pleated)或起皺的(puckered)砂光(satin)拋光輪，其包括用聚合物粘合劑粘附到纖維載體的多個(gè)磨料顆粒。本文所用術(shù)語“砂光”是指旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪傳達(dá)給金屬表面的拋光(finish)等級(jí)，而非組成拋光輪自身的物質(zhì)。下文描述了適用于實(shí)施本實(shí)施方式的多種旋轉(zhuǎn)砂光拋光輪。

在本文描述的實(shí)施方式的情況下可以使用任何適合的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪?？梢杂糜趯?shí)施本發(fā)明實(shí)施方式的適合的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的實(shí)例可以包括，例如，3M砂光拋光輪，其以商品名SCOTCH商業(yè)出售。在示例性實(shí)施方式中，這樣的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪中的磨料顆?？梢允茄趸X，特別是α氧化鋁顆粒。這樣的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪可以含有粒徑為約150目至約280目的磨料顆粒。在一些實(shí)施方式中，粒徑可以為約150目至約180目，而在其他實(shí)施方式中，粒徑可以為約220目至約280目。在一些實(shí)施方式中，可以用第一旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪進(jìn)行第一拋光操作，并且可以用第二旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)后續(xù)拋光操作，其中每個(gè)后續(xù)拋光操作中的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪可以與第一拋光操作的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪相同或不同。

關(guān)于適用于本文描述的實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的進(jìn)一步描述可見于美國專利3991526，其通過引用并入本文。如本文所述，旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪可以包括其中粘附磨料顆粒的聚合物粘合劑浸漬的合成有機(jī)纖維的無紡墊的層。這樣的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的纖維層可以通過任何適合的技術(shù)而彼此固定，例如，縫紉、裝訂、粘合劑粘合、釘環(huán)(clinch rings)等。旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪通常形狀為環(huán)狀，并且含有限定發(fā)生拋光的圓柱形表面的外周邊緣。在一些實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪可以是起皺的。

用于形成美國專利3991526中描述的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的適合纖維可以包括尺寸為8旦或更小，并且長度為約1cm至約15cm的無紡纖維。在一些實(shí)施方式中，適合的纖維的尺寸可以是約1至約6旦，并且長度為約2cm至約7.5cm。在一些實(shí)施方式中，纖維可以具有至少約3.5克/旦的斷裂拉伸強(qiáng)度；并且在一些實(shí)施方式中，斷裂拉伸強(qiáng)度可以為至少約5克/旦。

用于美國專利3991526中描述的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的特別適合的纖維可以包括具有約175℃或更高的熔融或分解溫度的纖維，以便適應(yīng)拋光操作期間產(chǎn)生的摩擦熱。適合的纖維可以包括從聚酰胺類、聚酰亞胺類、聚酯類、高模數(shù)粘膠人造絲、丙烯酸類聚合物及其共擠出或共紡絲組合形成的纖維。在一些實(shí)施方式中，纖維可以形成織物密度為約0.1至約0.6克/cm³的無紡墊。

至少因?yàn)橛嘘P(guān)上文提到的關(guān)于美國專利3991526中描述的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪中的纖維的原因，適合的聚合物粘合劑可以具有約175℃或更高的熔融或分解溫度。適合的聚合物粘合劑可以包括，例如，丙烯酸酯乳液、丙烯腈/丁二烯聚合物類、聚氯乙烯和聚乙烯醇。前述材料的共聚物也可以用于一些實(shí)施方式。通常，聚合物粘合劑占纖維重量的約60％或更低，并且在一些實(shí)施方式中，聚合物粘合劑占纖維重量的約5％至約60％，或者纖維重量的約30％至約50％。

具有除了上述SCOTCH旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪中提到的粒徑以外的粒徑的磨料顆粒也預(yù)期用于本文描述的多個(gè)實(shí)施方式中。通常，磨料顆粒尺寸可以在約50微米至約100微米范圍內(nèi)。不受任何理論或機(jī)制的約束，據(jù)信尺寸足夠小的磨料顆粒，特別是尺寸在前述尺寸范圍內(nèi)的磨料顆粒，可以比更大的磨料顆粒更好地促進(jìn)堵塞經(jīng)研磨膜表面中的開孔。

在多個(gè)實(shí)施方式中，粘附到旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的磨料顆?？梢园趸X，特別是α氧化鋁，其可以具有在前述粒徑范圍之一內(nèi)的粒徑。這樣的磨料顆?？梢娪赟COTCH旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪。其他適合的磨料顆粒可以包括，例如，熔融氧化鋁、熱處理氧化鋁、陶瓷氧化鋁、碳化硅、綠色碳化硅、氧化鋁-氧化鋯、二氧化鈰、氧化鐵、石榴石、金剛石、立方氮化硼及其組合。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，替代性磨料顆粒可能需要調(diào)整，以被其上負(fù)載它們的介體適應(yīng)并且獲得期望拋光效果。介體壽命也體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)因素。對(duì)這些因素的分析將在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力和本文所述益處的范圍之內(nèi)。

在多個(gè)實(shí)施方式中，磨料顆?？梢哉掣降叫D(zhuǎn)纖維拋光輪中的纖維載體。通常，在本發(fā)明方法的情況下可以使用任何適合的纖維載體。在更特別的實(shí)施方式中，纖維載體可以包含紡絲聚丙烯纖維或紡絲聚酰胺纖維(例如，尼龍纖維)。其他適合的纖維載體可以包括，例如，聚酰亞胺類、聚酯(例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、高模數(shù)粘膠人造絲、丙烯酸類聚合物等。這些纖維載體的共擠出和共紡絲變體也可以用于一些實(shí)施方式。

在多個(gè)實(shí)施方式中，聚合物粘合劑可以用于將磨料顆粒粘附到纖維載體。美國專利3991526和5030496中描述了說明性聚合物粘合劑，其通過引用并入本文。適合的聚合物粘合劑可以包括熱塑性樹脂，例如，聚酯類、聚酰胺類、聚氯乙烯、丙烯腈/丁二烯、聚乙烯醇、及其組合；熱固型樹脂，例如，酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、丙烯酸酯樹脂、丙烯酸酯化異氰脲酸酯樹脂、氰酸酯樹脂、脲醛樹脂、胺醛樹脂、異氰脲酸酯樹脂、丙烯酸酯化聚氨酯樹脂、丙烯酸酯化環(huán)氧樹脂、膠、及其組合；及其組合。在一些實(shí)施方式中，聚合物粘合劑可以包含氯乙烯的均聚物或共聚物。適合的共聚單體可以包括，例如，乙酸乙烯酯、偏二氯乙烯、乙烯酯、丙烯酸及其酯、和甲基丙烯酸及其酯。

在一些實(shí)施方式中，可以包含硅烷偶聯(lián)劑以增加磨料顆粒與聚合物粘合劑之間的粘附。適合的硅烷偶聯(lián)劑將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是熟悉的。

本發(fā)明方法的一個(gè)方面包括將機(jī)器人拋光器用于研磨或拋光步驟。機(jī)器人拋光器提供了對(duì)通常不能用其他拋光方法良好控制的拋光參數(shù)的精確控制。機(jī)器人拋光器的使用與具體限定的研磨介體的組合實(shí)現(xiàn)了用比其他研磨程序所需要的更少的步驟來密封膜系統(tǒng)表面，同時(shí)仍然允許施加允許鍍覆在沒有表面激活情況下發(fā)生的有利表面形態(tài)。在這種特征組合的情況下，可以以更少的工藝步驟在管狀多孔載體的表面上施加更薄的防漏膜系統(tǒng)。

氣體選擇性膜層可以用許多工業(yè)上可用的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)器人拋光器拋光。類型將取決于所要拋光的表面。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)還包括拋光或研磨介體選擇的拋光參數(shù)的精細(xì)控制可以導(dǎo)致比現(xiàn)有技術(shù)更迅速的密封多孔表面。

大量的制造業(yè)實(shí)體提供了供商業(yè)銷售的許多適合的機(jī)器人拋光器。這樣的實(shí)體的實(shí)例包括Yaskawa Motoman Robotics、FANUC America Corporation和KuKa Robotics等等。機(jī)器人拋光器的使用允許精確地控制其中研磨經(jīng)退火氣體選擇性膜層以形成經(jīng)研磨膜表面的拋光條件。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些拋光條件可以影響鋪設(shè)在管狀多孔載體上的氣體選擇性膜層表面的密封速率。這些條件可以有助于以更少的金屬鍍覆步驟進(jìn)行表面密封或致密化。下文提供了對(duì)拋光條件的論述。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的拋光操作中，管狀多孔載體被置于計(jì)算機(jī)控制回轉(zhuǎn)機(jī)器工具中以圍繞水平軸旋轉(zhuǎn)管狀多孔載體。該機(jī)器允許控制旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的旋轉(zhuǎn)速度、管狀多孔載體的部件速度(part speed)(即，旋轉(zhuǎn)速率)、管狀多孔載體相對(duì)于旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的橫向速度、旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪對(duì)膜表面施加的力或壓力、旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪與膜表面的接觸角、和旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪橫跨膜表面造成的重復(fù)(repetition)數(shù)量。該機(jī)器可以將旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的旋轉(zhuǎn)速度控制在50-2500轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)范圍內(nèi)，將部件速度控制在100-400rpm或更高的范圍內(nèi)，將接觸角控制在0°至45°范圍內(nèi)，將對(duì)膜表面施加的力控制在最多20lbs范圍內(nèi)，將旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪穿透膜表面的深度控制在最多約5cm范圍內(nèi)，將管狀多孔載體相對(duì)于旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的橫向速度控制在最多約250毫米/秒(mmps)范圍內(nèi)，和將來回橫跨膜的重復(fù)次數(shù)控制在1至4或更多的范圍內(nèi)。通常，將旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪保持在固定位置，而管狀多孔載體相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪橫向旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)(例如，用機(jī)器人拋光單元)。在替代性實(shí)施方式中，管狀多孔載體可以再次旋轉(zhuǎn)，但是保持在固定的橫向位置，并且旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪可以相對(duì)于管狀多孔載體橫向移動(dòng)。

在多種實(shí)施方式中，如上所述，適合根據(jù)本公開進(jìn)行受控拋光操作的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪可以包括SCOTCH起褶砂光拋光輪，其可獲自3M公司?？梢赃m合于這些目的的說明性起褶砂光拋光輪包括標(biāo)識(shí)為通用商品代碼(UPC)號(hào)00048011602806和00048011645339的產(chǎn)品，其各自含有氧化鋁顆粒作為磨料顆粒。00048011602806產(chǎn)品含有尺寸為150-180目范圍的α氧化鋁顆粒，其由導(dǎo)致長壽命的強(qiáng)力樹脂粘結(jié)。相比之下，00048011645339產(chǎn)品含有尺寸為220-280目范圍的α氧化鋁顆粒，其由硬質(zhì)不如其他產(chǎn)品并且導(dǎo)致較短壽命的樹脂粘結(jié)。這些產(chǎn)品各自具有14英寸的直徑。其他旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，包括其他SCOTCH產(chǎn)品，也可以適合于實(shí)施本文描述的多種實(shí)施方式。

在采用任一前述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的拋光操作中，旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的旋轉(zhuǎn)速度可以在50-2500(rpm)范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中優(yōu)選在1000-2500rpm范圍內(nèi)；部件速度可以在100-1000rpm范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中優(yōu)選在約100-400rpm范圍內(nèi)，最優(yōu)選為約400rpm；接觸角可以為約0°；對(duì)膜表面施加的力可以在最多20lbs范圍內(nèi)；旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪穿透膜表面的深度可以為最多約1cm；管狀多孔載體相對(duì)于旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的橫向速度可以為最多約250mmps，在一些實(shí)施方式中優(yōu)選為約1-50mmps；和橫跨膜表面的重復(fù)次數(shù)可以為1至4。

如上所述，拋光參數(shù)和對(duì)它們的控制是本發(fā)明方法的重要特征。如下文進(jìn)一步描述的，這些參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)速度、部件速度、橫向速度、接觸角、力和重復(fù)。在本發(fā)明方法中，進(jìn)行拋光操作的條件受到控制以便提供期望的拋光效果。而且，當(dāng)進(jìn)行多個(gè)沉積和拋光操作時(shí)，各個(gè)拋光操作中的拋光參數(shù)可以相同，或者它們也可以不同，以便產(chǎn)生期望的拋光效果。另外，各個(gè)拋光操作中使用的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪可以相同或不同。因此，受控拋光條件包括調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)前述拋光參數(shù)。

各個(gè)拋光參數(shù)在下文中參照?qǐng)D1和2作進(jìn)一步定義。

參照?qǐng)D1，呈現(xiàn)了系統(tǒng)10的正視圖，其包括其上沉積氣體選擇性金屬膜層14的管狀多孔載體12和附接到裝配臂13的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15。圖2示出了系統(tǒng)10的部分側(cè)視圖。

管狀多孔載體12與其金屬膜層14具有表面16和具有壁厚度的管壁18。管狀多孔載體12通過固定工具20附加到回轉(zhuǎn)裝置或工具，如車床(未示出)。固定工具20可以是任何適合的工具，如使用例如夾盤(chunk)或筒夾(collet)的夾持工具，或者具有夾鉗的面板(faceplace)，或著其他任何適用于將管狀多孔載體12附加到旋轉(zhuǎn)裝置如錠子的工具。通過使用回轉(zhuǎn)裝置或工具，管狀多孔載體在方向A上圍繞其軸21旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15可以限定為具有拋光輪寬度26和拋光輪直徑27。旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15包括洞17，通過其連接到裝配臂13。對(duì)于上文描述的示例性SCOTCH旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，拋光輪寬度26為1.25英寸，拋光輪直徑為14英寸。

在拋光操作的一些實(shí)施方式的過程中，管狀多孔載體12在方向B上相對(duì)于旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15從管狀多孔載體12的一端向另一端橫向移動(dòng)并再次返回。在這樣的實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15被保持在固定的橫向位置。旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15從管狀多孔載體12的一端橫向運(yùn)動(dòng)到另一端并再次返回構(gòu)成一個(gè)重復(fù)，并且本文描述的多個(gè)實(shí)施方式中可以進(jìn)行1至4個(gè)或更多個(gè)重復(fù)。如圖2所述，旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15在方向C上旋轉(zhuǎn)，同時(shí)接觸表面16，而管狀多孔載體12在方向A上旋轉(zhuǎn)。通常，方向A和C在旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15與管狀多孔載體12之間的接觸點(diǎn)處彼此相反。在相同方向上旋轉(zhuǎn)也是可能的，但是這樣的構(gòu)造據(jù)信并不有效。雖然附圖已經(jīng)描述了方向A和C是逆時(shí)針的，但是應(yīng)認(rèn)識(shí)到順時(shí)針旋轉(zhuǎn)在本文描述的實(shí)施方式的情況下也是可能的。

同樣如上文所述，拋光操作還涉及將管狀多孔載體12保持在固定的橫向位置，并且沿著表面16橫向移動(dòng)旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15。在任一情況下，橫向運(yùn)動(dòng)的組件(即，管狀多孔載體12或旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15)可以在機(jī)器人拋光單元(未描述)的影響下移動(dòng)。

為了在表面16上施加期望的表面形態(tài)，所述期望的表面形態(tài)提供用于在其上安置另外的金屬膜層的增強(qiáng)的激活性質(zhì)，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15擠壓表面16，同時(shí)旋轉(zhuǎn)管狀多孔載體12，并且管狀多孔載體12可以在方向B上來回橫向移動(dòng)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15保持在固定的橫向位置。在方向B上橫向移動(dòng)時(shí)，管狀多孔載體12也以方向A旋轉(zhuǎn)，與和旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15接觸點(diǎn)處的方向C相反。旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15相對(duì)于管狀多孔載體12擠壓的力、管狀多孔載體12在方向A上圍繞其軸21旋轉(zhuǎn)的部件速度，管狀多孔載體12在方向B上移動(dòng)的橫向速度，和旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15上磨料顆粒的性質(zhì)都可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和控制，以便提供期望的表面形態(tài)以激活表面16。

旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的旋轉(zhuǎn)速度是旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪作出完整旋轉(zhuǎn)的角速率。在一些實(shí)施方式中，受控拋光條件的旋轉(zhuǎn)速度可以被調(diào)節(jié)到50rpm至2500rpm范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度被調(diào)節(jié)到500rpm至2400rpm范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度可以在1000rpm至2400rpm范圍內(nèi)。

部件速度是管狀多孔載體12每單位時(shí)間圍繞軸21完成的旋轉(zhuǎn)數(shù)量的速率(即，角速率)，報(bào)告為rpm。在一些實(shí)施方式中，受控拋光條件的部件速度可以被調(diào)節(jié)到100rpm至1000rpm，或100rpm至400rpm范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選部件速度被調(diào)節(jié)到150rpm至300rpm范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選部件速度可以在150rpm至200rpm范圍內(nèi)。

橫向速度是管狀多孔載體12相對(duì)于旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15在其接觸點(diǎn)處移動(dòng)的線性速率，報(bào)告為毫米/秒(mmps)。在其中管狀多孔載體12保持橫向固定而旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15橫向移動(dòng)的實(shí)施方式中，可以相似地定義橫向速度。在一些實(shí)施方式中，受控拋光條件的橫向速度可以被調(diào)節(jié)到1mmps至250mmps范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選橫向速度被調(diào)節(jié)到5mmps至100mmps范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選橫向速度可以在30rpm至50rpm范圍內(nèi)。

接觸角定義為管狀多孔載體12在其與旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15接觸時(shí)所保持的位置。該位置定義為管狀多孔載體12的旋轉(zhuǎn)軸在管狀多孔載體12與旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15接觸時(shí)相對(duì)于地面或其他參照點(diǎn)的角度。應(yīng)理解，0°接觸角在旋轉(zhuǎn)軸平行于地面或其他參照點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)，而90°接觸角在旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或其他參照點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)。也就是說，當(dāng)接觸角為0°時(shí)，旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15完全接觸管狀多孔載體12，而當(dāng)接觸角為90°時(shí)，旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15平行于管狀多孔載體12，并且它們彼此不接觸。在0°與90°之間，拋光操作期間旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15表面只有一部分接觸管狀多孔載體12。接觸角應(yīng)當(dāng)通常在0°至小于90°范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選接觸角在0°至50°范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地，接觸角在0°至15°范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪時(shí)，接觸角可以為約0°。

力是在與旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪15的接觸點(diǎn)處，相對(duì)于管狀多孔載體12擠壓或者由管狀多孔載體12施加的壓力的量，表示為磅。在一些實(shí)施方式中，施加到管狀多孔載體12的力可以在5磅至20磅范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選施加的力在5至15磅范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選施加的力可以在5磅至10磅范圍內(nèi)。

重復(fù)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的完整拋光運(yùn)動(dòng)，所述拋光運(yùn)動(dòng)被定義為旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪保持與管狀多孔載體接觸并且沿著管狀多孔載體的一個(gè)完整長度從一段到另一端運(yùn)動(dòng)并再次返回?？梢酝ㄟ^相對(duì)于橫向固定的旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪橫向移動(dòng)管狀多孔載體，或者通過將管狀多孔載體保持在固定的橫向位置并且橫向移動(dòng)旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪而實(shí)現(xiàn)完整的拋光運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，期望重復(fù)次數(shù)在1至20范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地，在1至10范圍內(nèi)，更優(yōu)選在3至5范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，重復(fù)次數(shù)可以在1至4范圍內(nèi)。

在管狀多孔載體的表面上安置氣體選擇性膜層后，退火氣體選擇性膜層。該退火或熱處理可以在可以包含空氣，或氫氣，或氧氣，或任一惰性氣體如氮?dú)?、氦氣、氬氣、氖氣，二氧化碳或這些中的任一種的組合的氣體氣氛的存在下或條件下進(jìn)行。在一些實(shí)施方式中，氣體氣氛可以是氬氣、氮?dú)夂蜌錃獾幕旌衔?，更?yōu)選是氫氣和氮?dú)獾幕旌衔铮⑶易顑?yōu)選是氫氣。熱處理可以在適合地提供經(jīng)退火氣體選擇性膜層的溫度和壓力條件下進(jìn)行。因此，在一些實(shí)施方式中，溫度可以在350℃至600℃范圍內(nèi)，優(yōu)選在400℃至550℃范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選在450℃至525℃范圍內(nèi)。退火時(shí)間可以在最高48小時(shí)范圍內(nèi)，但是更典型地，退火時(shí)間為1至24小時(shí)。

通常，本發(fā)明方法包括以下多個(gè)步驟：1)將氣體選擇性材料的膜(如氣體選擇性金屬膜)沉積在管狀多孔載體的表面上，由此提供具有氣體選擇性基體膜層的所述管狀多孔載體；2)退火所述氣體選擇性基體膜層，由此形成第一經(jīng)退火氣體選擇性膜層；3)通過用研磨介體在第一受控拋光條件下拋光所述第一經(jīng)退火氣體選擇性膜層而形成第一經(jīng)研磨膜表面，所述研磨介體包括旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，所述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪包括用聚合物粘合劑粘附到纖維載體的多個(gè)磨料顆粒，其如本文所述；4)將所述氣體選擇性材料的后續(xù)膜沉積在所述管狀多孔載體的所述第一經(jīng)研磨膜表面上，由此形成所述第一經(jīng)研磨膜表面上的第一覆蓋膜層；和5)退火所述第一覆蓋膜層。如果所得膜系統(tǒng)在這個(gè)階段不防漏，那么可以研磨所述經(jīng)退火第一覆蓋膜層并且可以增加另外的氣體選擇性材料的層并對(duì)其退火、拋光和再次退火，直到膜系統(tǒng)在最終退火操作后是防漏的。因此，在一些實(shí)施方式中，在最后將氣體選擇性材料安置在管狀多孔載體上后(即，在上文操作4)中沉積第一覆蓋膜層后)，可以重復(fù)退火、接著拋光、接著將后續(xù)氣體選擇性膜層沉積到管狀多孔載體上的操作(即，上文操作2)到4))，直到提供或形成最終氣密性膜系統(tǒng)。也就是說，氣體選擇性基體膜層上可以沉積一個(gè)或多個(gè)覆蓋膜層。本發(fā)明方法的優(yōu)勢(shì)之一是可以相對(duì)于對(duì)比方法減少提供防漏膜系統(tǒng)所需要的鍍覆、退火、拋光、沉積和退火的重復(fù)循環(huán)數(shù)量，并且總體膜厚度也可以減少。

在本發(fā)明方法的更具體限定的實(shí)施方式中，將氣體選擇性材料如氣體選擇性金屬的膜沉積在管狀多孔載體的表面上，由此提供具有氣體選擇性基體膜層的管狀多孔載體。然后退火氣體選擇性基體膜層以提供第一經(jīng)退火氣體選擇性膜層。然后通過用研磨介體在第一受控拋光條件下拋光第一經(jīng)退火氣體選擇性膜層而形成第一經(jīng)研磨膜表面，所述研磨介體包括旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，所述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪包括用聚合物粘合劑粘附到纖維載體的多個(gè)磨料顆粒。然后將氣體選擇性材料的膜沉積在第一經(jīng)研磨膜表面上，由此形成第一覆蓋膜層。然后可以退火第一覆蓋膜層。

如果在退火第一覆蓋膜層后，所得膜系統(tǒng)不防漏(即，當(dāng)存在兩個(gè)氣體選擇性膜層時(shí))，那么對(duì)第一覆蓋膜層施加第二系列的退火、拋光和沉積操作。在該第二系列操作中，退火第一覆蓋膜層，由此形成第二經(jīng)退火氣體選擇性膜層。此后，用研磨介體在第二受控拋光條件下拋光第二經(jīng)退火氣體選擇性膜層，所述研磨介體包含旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，所述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪包括用聚合物粘合劑粘附到纖維載體的多個(gè)磨料顆粒，由此形成第二經(jīng)研磨膜表面。然后將氣體選擇性材料的膜安置或沉積在第二經(jīng)研磨膜表面上，由此形成第二覆蓋膜層。

如果在施加第二覆蓋膜層后，所得膜系統(tǒng)不防漏(即，當(dāng)存在三個(gè)氣體選擇性膜層時(shí))，那么對(duì)第二覆蓋膜層施加第三系列的退火、拋光和沉積操作。在該第三系列操作中，退火第二覆蓋膜層，由此形成第三經(jīng)退火氣體選擇性膜層。此后，用研磨介體在第三受控拋光條件下拋光第三經(jīng)退火氣體選擇性膜層，所述研磨介體包括旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，所述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪包括用聚合物粘合劑粘附到纖維載體的多個(gè)磨料顆粒，由此形成第三經(jīng)研磨膜表面。然后將氣體選擇性材料的膜安置或沉積在第三經(jīng)研磨膜表面上，由此形成第三覆蓋膜層。

如果在施加第三覆蓋膜層后，所得膜系統(tǒng)仍然不防漏(即，當(dāng)存在四個(gè)氣體選擇性膜層時(shí))，那么對(duì)第三覆蓋膜層施加第四系列的退火、拋光和沉積操作。據(jù)信該第四系列操作通常應(yīng)當(dāng)足以提供防漏膜系統(tǒng)。在該第四系列操作中，退火第三覆蓋膜層，由此形成第四經(jīng)退火氣體選擇性膜層。此后，用研磨介體在第四受控拋光條件下拋光第四經(jīng)退火氣體選擇性膜層，所述研磨介體包括旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪，所述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪包括用聚合物粘合劑粘附到纖維載體的多個(gè)磨料顆粒，由此形成第四經(jīng)研磨膜表面。然后將氣體選擇性材料的膜安置或沉積在第四經(jīng)研磨膜表面上，由此形成第四覆蓋膜層。然后可以退火第四覆蓋膜層以形成膜系統(tǒng)。

更通常的，本文描述的本發(fā)明方法可以包括退火第一覆蓋膜層，并且相繼地重復(fù)拋光經(jīng)退火氣體選擇性膜層以形成相繼的經(jīng)研磨膜表面、并且將相繼的覆蓋膜層沉積到相繼的經(jīng)研磨膜表面上的操作。可以重復(fù)這些操作直到形成防漏膜系統(tǒng)，各個(gè)相繼的覆蓋膜層在進(jìn)行后續(xù)重復(fù)之前退火。在各個(gè)拋光操作中，受控拋光條件可以包括旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪。

提供以下實(shí)施例以說明本發(fā)明，而非旨在作出限制。

實(shí)施例1

實(shí)施例1描述了在能夠在制備方法的拋光步驟期間精確控制拋光條件的拋光機(jī)器人的控制下，使用旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪制備氣體分離膜系統(tǒng)，并且它呈現(xiàn)了制備程序的結(jié)果。

用一層Teflon膠帶在膜上和膜下包裹Mott Corporation供應(yīng)的1英寸OD x 15英寸長x 0.1英寸壁厚的多孔HASTELLOY X不銹鋼載體。載體通常形狀為管狀并且在一端封閉。

初步制備管狀多孔載體

用250ml DI水混合各自含有0.20-0.25g蛋殼型催化劑(1微米中心分布)的2個(gè)500ml錐形瓶。所得漿料在5L玻璃燒杯中的4L DI水和4L玻璃燒杯中的3.5L DI水之間等分。充分混合漿料。將多孔管組件連接到真空，并且將真空調(diào)節(jié)到25-30”Hg。將多孔金屬載體組件浸沒到漿料中。加入額外的溶液直到不再有儲(chǔ)備溶液。從漿料溶液移出載體。除去膜內(nèi)的任何過量水。然后除去Teflon膠帶，并且斷開真空。載體在空氣循環(huán)烘箱中在140℃下干燥至少2小時(shí)。然后將載體再次連接到25-30”Hg真空。使多孔區(qū)段表面上的粉末光滑化，除去過量催化劑，并且斷開真空。

然后用0.5微米中心分布的蛋殼型催化劑重復(fù)該過程，除了在第二沉積操作中省略表面光滑化。

鍍覆操作

本實(shí)施例中采用的鍍覆溶液包含250克DI水、198ml 28-30％氫氧化銨溶液、4.0克氯化四氨鈀(II)(Pd(NH₃)₄Cl₂H₂O)、40.1克乙二胺四乙酸二鈉鹽(Na₂EDTA₂H₂O)和足以制得1L總體積以提供具有約4g/L Pd金屬離子濃度的溶液的去離子水。采用蠕動(dòng)泵以使溶液圍繞載體循環(huán)，同時(shí)對(duì)載體施加真空。鍍覆是在4-6英寸Hg真空下在50℃溫度下進(jìn)行5-10分鐘，然后連續(xù)地進(jìn)行90分鐘。將該浴以1.4L/分鐘的速率循環(huán)。從鍍覆浴中移出膜組件，并用去離子水洗滌直到電導(dǎo)率小于5μS。膜在140℃下在空氣循環(huán)烘箱中干燥至少2小時(shí)，并冷卻到40℃。

退火操作

通過以2℃/min將溫度從40℃增加到400℃在氮?dú)庵型嘶鹉そM件。氣體混合物在1小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)從100％氮?dú)廪D(zhuǎn)換成100％氫氣，并且持續(xù)加熱到520℃。將膜組件在該溫度下保持過夜。然后將膜組件冷卻到400℃并且轉(zhuǎn)換回純氮?dú)?，維持2小時(shí)，之后冷卻到室溫。

拋光操作

在下表1規(guī)定的條件下用SCOTCH砂光拋光輪(UPC00048011645339,3M公司)在來自Acme manufacturing的機(jī)器人拋光器上拋光膜組件。旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪在膜組件上開始和結(jié)束的位置在所有拋光操作中都相同。各個(gè)重復(fù)中的開始和結(jié)束位置分別為從管狀多孔載體左端起12cm和58cm。在所有情況下，用機(jī)器人拋光單元橫向移動(dòng)管狀多孔載體，并且將旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪保持在固定的橫向位置。

表1

開始位置是從管左端起以cm表示的點(diǎn)，拋光介體在這里進(jìn)行接觸。結(jié)束是從管左端起以cm表示的最遠(yuǎn)點(diǎn)，介體將在該點(diǎn)處與載體維持接觸。接觸角代表載體通過機(jī)器人在拋光期間保持的角度，0是平行于地面并且垂直于拋光介體。注意到可以正向和反向調(diào)節(jié)接觸角并且獲得相同或相似的結(jié)果。拋光輪速度代表旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪的物理旋轉(zhuǎn)速度，以轉(zhuǎn)速/分鐘表示。部件速度代表載體以多快的速度被機(jī)器人旋轉(zhuǎn)，以轉(zhuǎn)速/分鐘表示。力代表在給定表面積上有多大的壓力被施加到膜上，以磅表示。深度代表膜被推進(jìn)拋光介體中有多深，以cm表示。橫向速度代表機(jī)器人相對(duì)于拋光介體移動(dòng)載體的橫向速率，以mmps表示。重復(fù)代表從開始到結(jié)束并且返回以再次開始的一個(gè)完整拋光運(yùn)動(dòng)。

重復(fù)鍍覆、洗滌、干燥、退火和拋光操作直到獲得防漏膜系統(tǒng)。在本實(shí)施例中重復(fù)4次這些操作實(shí)現(xiàn)前述內(nèi)容。密封膜是防漏的，并且在測(cè)試后未在100psi下檢測(cè)到泄露發(fā)生。膜具有40Nm³/m²/hr/巴的氫氣透過性。

實(shí)施例2

本實(shí)施例描述了對(duì)比氣體分離膜的制造，并且呈現(xiàn)了涉及對(duì)比膜系統(tǒng)性質(zhì)和在機(jī)器人控制拋光條件下制造的本發(fā)明膜系統(tǒng)性質(zhì)的對(duì)比數(shù)據(jù)。

根據(jù)美國專利8167976中描述的方法制造實(shí)施例2的膜組件。

膜組件的制備與實(shí)施例1的膜組件的制備類似，僅有一些小的區(qū)別。在鋪設(shè)蛋殼型催化劑時(shí)，用逐漸更小的蛋殼型催化劑顆粒分布重復(fù)三次步驟。所述分布分別為4μm、1μm和0.5μm。在蛋殼型催化劑的末次施加時(shí)，省略表面光滑化。在退火操作中，添加在氮?dú)庵?％氫氣的混合物，并且加熱持續(xù)到520℃。將膜組件在該溫度下保持過夜。然后將膜組件冷卻到400℃并且轉(zhuǎn)換回純氮?dú)?，維持2小時(shí)，之后冷卻到室溫。

本實(shí)施例的膜組件在車床上用附著有砂磨塊(sanding block)的砂紙以20rpm拋光。從多孔區(qū)段處的焊接點(diǎn)之一的附近開始，對(duì)砂模塊相對(duì)于載體施加壓力。砂紙緩慢向上并且橫跨移動(dòng)直到達(dá)到另一端。在另一端開始重復(fù)該過程。采用順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。重復(fù)該運(yùn)動(dòng)，直到砂紙?jiān)谄渖暇哂泄饣鉂?，或者出現(xiàn)磨粒丟失。在更換砂紙時(shí)停止旋轉(zhuǎn)。重復(fù)步驟，同時(shí)逐漸減少砂紙磨料尺寸。采用微米纖維拋光布擦拭膜直到拋光布不再可見地帶走任何鈀。使用一片新鮮的最小尺寸的砂紙?jiān)谀け砻嫔陷p輕地劃交叉線。采用1500和2000磨粒紙進(jìn)行拋光操作。重復(fù)8次鍍覆、洗滌、干燥、退火和拋光過程直到獲得防漏膜組件。膜具有20Nm³/m²/hr/巴的氫氣透過性，并且在測(cè)試后未在15psi下檢測(cè)到泄露發(fā)生。

下表2示出了與如本文所述制備的說明性樣品比較的現(xiàn)有技術(shù)方法的另外的實(shí)施例。

表2

如表2所示，根據(jù)本發(fā)明方法制備的膜系統(tǒng)具有用更少鍍覆步驟制造的厚度更小的氣密性膜，并且氣密性膜展示出相對(duì)于對(duì)比膜系統(tǒng)改進(jìn)的透過性。

而且，本發(fā)明方法可用于密封由對(duì)比方法生產(chǎn)的不合格的膜系統(tǒng)。具體而言，采用上文實(shí)施例2-6的樣品并且用機(jī)器人拋光器施加一次額外的鍍覆和拋光，獲得在15psi和100psi二者下均密封的膜系統(tǒng)。在機(jī)器人拋光操作中，用Trizact A6帶拋光器(3M公司)和SCOTCH旋轉(zhuǎn)纖維拋光輪(UPC 00048011602806,3M公司)二者拋光膜。膜厚度為7.18微米，并且其氫氣透過性為33.7Nm³/m²/hr/巴。