在国际热核聚变能反应堆(ITER)的等离子体排灰气中,存在大量未燃烧的氘氚以及少量的CQ4、CO、CO2和He等惰性气体(Q表示氢同位素),必须对其进行处理,分离回收其中的氘氚。钯膜具有极其优异的氢气选择透过性,可以对氘氚进行有效的分离及纯化,减小后端的处理压力,因此在TEP相关研究中被广泛采用。近些年来厚度低于5μm的超薄复合钯膜越来越受到人们的关注,因为减小钯膜的厚度可以显著地提高渗氢通量并降低成本,对工程化应用具有重要意义,但是不可避免的将引起浓差极化,带来系统的处理效率降低、能效比降低等不利因素。排灰气组分中的He等惰性气体虽然不会对钯膜表面状态造成影响,但是浓差极化的作用却不能忽视。因此,需要对其进行深入研究,为TEP系统的设计与条件参数优化提供支持。另外,排灰气组分中的CO也是人们研究的焦点之一。在以往的研究中,人们认为CO对钯膜渗氢性能的影响源于其与氢气在钯膜表面的竞争性吸附效应。但是,在超薄钯膜分离过程中CO对Pd膜渗氢性能的抑制除了竞争性吸附外同样需要考虑浓差极化的影响,而这一点往往被人们所忽略。针对以上两点,论文分析了浓差极化和竞争性吸附的成因,定义了浓差极化系数(CPC)和竞争性吸附系数(CAC),对超薄钯膜的纯氢渗透性能、He的浓差极化现象以及CO对钯膜的抑制作用进行了详细研究。纯氢渗透实验结果表明：在623 K、648 K和673 K的条件下,渗氢系数K分别为1027.9、1137.6和1254.9,压力指数n均为0.5,说明体扩散过程为钯膜渗氢的速率控制步骤；压差为150 kPa～450kPa、温度为623 K-673 K的范围内,钯膜能保持致密性,对氢气有极佳的选择透过性。He浓差极化实验结果表明：氦气浓度从70%降至15%,浓差极化对钯膜渗氢性能的影响程度降低了约8%；膜两侧压差或原料测压力增大,都会使浓差极化的程度陡然加剧,说明浓差极化现象对压力条件的敏感性较强；而原料气流量由1200 mL/min提升至2000 mL/min,浓差极化的现象逐渐减弱,说明提高原料气流速可以有效的降低浓差极化的不利影响;随着温度从623 K提升至673 K时,极化程度增大了约10%,说明升温不利于提高能效比。CO抑制作用实验结果表明：CO对超薄钯膜渗氢性能有明显的抑制作用。郎格缪吸附常数Kco和修正因子α分别为1.316和0.40。在杂质气体总流量不变的条件下,随着CO浓度的增大,钯膜渗氢速率明显降低,说明CO的竞争性吸附效应显著；原料测压力增大,渗氢通量呈现先快后满的上升趋势,在压力较高时,实际渗氢速率比不考虑浓差极化时的理论值有大幅降低；CO的抑制作用在673 K比623 K时降低约30%左右,说明升温可以有效降低CO对钯膜的影响;CO/H2分离实验后,压力指数n由0.5变为1.0,说明被CO污染后氢气分子在膜表面的溶解扩散速率成为速率控制步骤。当渗氢驱动力大于130 kPa时,CO浓差极化的作用对钯膜渗氢性能的抑制显著,不能被忽视。根据上述实验结果可以看出,CO的对钯膜渗氢性能的抑制作用随温度、杂质气体浓度条件变化的幅度较大,而He的浓差极化程度对压力条件的敏感性较强,因此在TEP钯膜分离器的设计工作中,可以通过改变操作温度和预处理的方式降低竞争性吸附组分对钯膜的影响,通过优化操作压力抑制惰性气体的浓差极化效应。综上所述,本文在超薄钯膜浓差极化现象的研究和CO通过竞争性吸附和浓差极化抑制超薄钯膜渗氢性能研究等方面取得了一定的进展,对超薄钯膜在我国TEP流程中的应用以及系统的设计和参数优化提供了支持。