Gas permeation property of SiC membrane using curing of polymer precursor film by electron beam irradiation in helium atmosphere

無酸素雰囲気での電子線架橋・不融化を用いて作製した、炭化珪素水素分離膜のガス透過性能

武山 昭憲; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Takeyama, Akinori; Sugimoto, Masaki; Yoshikawa, Masahito

化学的に安定で耐蝕性に優れる炭化珪素(SiC)セラミック薄膜は、高温で使用される水素分離膜への応用が期待されているが、その実現のためには、欠陥(ピンホールやクラック)のないSiCセラミック薄膜を円筒形多孔質基材表面に作製する方法の確立が課題となっている。本報ではSiCの原料となる前駆体高分子のコーティング方法に着目し、欠陥を低減させたSiCセラミック薄膜の実現を目指した。初めに円筒形多孔質基材を濃度10%のポリカルボシラン(PCS)溶液に浸漬してから徐々に引き上げる手法を2回繰り返すことにより、その表面にPCS薄膜を形成した。ついで作製したPCSコート円筒形多孔質基材を回転させながら、ヘリウム中、線量12MGyの電子線を照射して表層のPCS薄膜を架橋・不融化した後、アルゴン中923Kで焼成して炭化珪素(SiC)セラミック薄膜へと転換した。得られたSiCセラミック薄膜について、水素透過率、及び窒素透過率の温度依存性を測定したところ、分離比がクヌッセン拡散の理論値約4を超え、水素透過率が温度とともに向上した。このことから作製したSiCセラミック薄膜にはクラックやピンホール等の欠陥が極めて少なく、分子ふるい効果が水素の透過メカニズムの支配因子であることが確かめられた。SiCセラミック薄膜の分離比は、焼成温度が923Kのときに最大となり、測定温度523Kにおいて分離比51、水素透過率3.110mol/m/s/Paを得ることができた。

SiC membranes were prepared using curing of precursor polymer (polycarbosilane, PCS) film by electron beam irradiation in helium atmosphere. The membrane prepared via curing of PCS film coated using 10 mass % PCS solution for dip-coating followed by immersing it for 30 s in PCS solution, showed H permeance of 3.110 mol/m/s/Pa and the selectivity of 51 at 523 K. The H permeance of the membrane was increased proportional to the temperature by the activated diffusion of H. It indicates SiC film without pinholes or cracks formed on the support. As the pyrolysis temperature of cured PCS film was increased, the selectivity of the membrane reached the maximum at 923 K.