二、结果与讨论
氢气在膜中的传递包括下列步骤:
1、氢气从气相主体扩散到膜表面;
2、氢气在膜表面吸附;
3、氢分子分裂成氢原子溶解于膜;
4、氢原子扩散穿过膜;
5、氢原子在膜表面(膜下游)形成氢分子;
6、氢分子由表面扩散到气相主体。
其中第4步为总过程的控制步骤,此时。有表达式:
Sieverts定律认为,当氢气在固体金属膜中传递时,氢气流量与膜上下游氢气分压平方根的差成正比,即上式中的n=0.5。实验结果符合Sieverts定律,见图2。
研究结果表明,氢气流量总是随膜上下游压差的增高而增大,见图2。但渗透系数随温度而变却与压差无关。在高温下也获得相同结果。厚25m的钯/银(23)合金膜在400度。上述结果示于图3。预处理后的膜所测得的氢气渗透速率比未经预处理的膜提高一个数量级。研究中又发现,当膜在降至常温、长时间后再次使用时,渗透系数又降低。但经再活化后,可大大提高并比预处理膜高约20%-30%,见图4。这说明经高温预处理或再活化。可使金属薄膜变得软韧而得到高的氢气渗透速率。工业生产中尤其要重视这一点。
与扩散系数、溶解度系数一样,渗透系数也与温度呈Arrhenuis型关系。在一定温度范围内,活化能是气体分子和膜性质的函数。对特定的渗透分子和膜。活化能是一常数。因此。氢气的渗透系数与l/T应成直线关系。图5将测定结果标绘成氢气的渗透系数与l/T关系。
从图5可见,在40-200度范围内,有三条不同斜率的直线将温度分为40-60度,60-l00度和l00-200度三个区域,这说明不同的温度范围具有不同的氢气渗透活化能。由式(1)和式(2)可得
得不同温度区域内氢气的表观渗透活化能和频率因子(见表1)。图5和表1中数据清楚地表明,高温区域具有高的渗透系数但表观渗透活化能和频率因子却较低。