Водородная проницаемость палладия: таблицы, расчёты, сравнение марок

Палладий и его сплавы — единственные металлы, проницаемые для водорода при умеренных температурах с практически полным разделением H₂ от других газов. Правильный выбор марки и толщины мембраны критичен для эффективности H₂-очистителя.

Закон Сивертса и диффузия H₂

Водородный поток через Pd: J = (Pe/δ) × (P₁^0,5 − P₂^0,5), где Pe — проницаемость (моль·м/(м²·с·Па^0,5)), δ — толщина мембраны. Для ПдА-23 при 400 °C: Pe ≈ 1,0×10⁻⁸ моль·м/(м²·с·Па^0,5). При ΔP = 200 кПа, δ = 0,2 мм: J ≈ 1,8 мл/(мин·см²).

Сравнение марок

Пд-1 (чистый): максимальная проницаемость, но охрупчивание ниже 300 °C. ПдА-5 (5%Ag): умеренный Ag, диапазон 250–550 °C. ПдА-20 (20%Ag): стандартная мембранная марка, широкий рабочий диапазон 250–600 °C. ПдА-40 (40%Ag): высокая проницаемость, диапазон 200–500 °C. Pd-Pt (5–10%Pt): для температур 600–800 °C.

Практические рекомендации

Для лабораторных H₂-генераторов (1–100 нл/ч): трубки ПдА-20, диаметр 6–10 мм, стенка 0,2 мм, температура 400 °C. Для промышленных очистителей (1–100 м³/ч H₂): плоские или трубчатые модули ПдА-20, толщина 0,1–0,3 мм. Давление подачи 0,3–1,0 МПа, противодавление пермеата < 0,05 МПа.