CN101503196B - 一种储氢方钠石复合材料的制备方法 - Google Patents

一种储氢方钠石复合材料的制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种储氢方钠石复合材料的制备方法，属于无机功能材料的生产制备领域。其特征是将干燥的方钠石原料研磨，经100目的筛子筛分后，再将过渡金属离子水溶液加入；恒温下进行离子交换，抽滤、干燥后得到离子交换后物料。将上述物料在还原气氛下还原，经程序降温后得到常压下对氢气具有较高吸附量的方钠石复合材料。本发明的有益效果是实现制备常压下具有较大储氢量的方钠石复合材料。整个制备过程没有引进有害杂质和产生废弃物排放，在制备成本、产品性能、工艺流程、环境友好和经济利润等方面具有显著优势，原料工业化程度高，成本低廉，合成简便，设备要求低，产品性能高，适用于工业化生产。

Description

一种储氢方钠石复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机功能材料的生产制备领域，涉及到一种常温常压下对氢气具有较大吸附量的方钠石复合材料的制备方法。
背景技术
现有的储氢技术大致可分为五种：液态储氢、高压储氢、有机化合物储氢、金属化合物储氢和介质吸附储氢。
液态储氢，由于氢气沸点极低(20K)，所以此法能耗大，成本高、对设备材质要求很高，操作和使用条件苛刻，大都用于火箭、飞船和卫星发射等高科技领域；高压储氢，对储氢容器材质要求高，储存和使用安全性差，一般只用于实验室；有机化合物储氢，主要利用苯和甲苯的加氢/脱氢反应以达到吸/放氢的目的，此法吸/放氢工艺复杂，还有许多技术问题有待解决；金属化合物储氢近几年在国内外受到广泛重视，理论研究和应用技术进展很快，但金属储氢材料造价高昂，同时自重过高。另外由于此类材料对O2和H2O敏感，易与其发生反应，所以对原料气要求很高，使其应用受到很大限制。
介质吸附储氢是一种具有良好应用前景的储氢技术，介质稳定性好，自重较轻，尤其是沸石类介质同时由于良好的工业基础，在储氢材料领域有广泛的研究潜力和应用价值。但由于介质与氢气间吸附力为范德华力，导致此类材料储氢量相对较低，在常温下储氢量更低。目前缺少一种可以提高沸石与氢气间作用力的新型材料的制备技术，以提高沸石材料的储氢量。
发明内容
本发明提供一种具有较大储氢量的方钠石复合材料制备方法，其工艺过程简单，能耗低，通过该方法制备出的复合材料显著提高常温下方钠石材料的储氢量，作为储氢材料具有良好应用前景。
本发明的技术方案为：
将方钠石与过渡金属离子水溶液混合，搅拌条件下进行离子交换。抽滤、烘干后，将样品在还原气氛中热还原，经降温处理后，可以制备出常压下对氢气具有较大吸附量的方钠石复合材料。通过改变过渡金属离子种类和交换温度，可以调节方钠石复合材料的储氢性能。
制备时所用的方钠石原料、过渡金属离子种类、配方比例、离子交换温度、时间和还原条件如下：
(1)制备所采用的方钠石原料可以采用以普通原料直接合成的硅铝比为1～4的方钠石纯相，也可以采用矿物灰为原料合成出的硅铝比为1～4的方钠石产品。
(2)离子交换所需的过渡金属离子源为过渡金属盐的水溶液，浓度为0.1～1.0mol·L-1。Ni2+源在硝酸镍、醋酸镍或硫酸镍的水溶液中选取；Fe2+源在硫酸亚铁、硝酸亚铁或醋酸亚铁水溶液中选取；Zn2+源在醋酸锌、硝酸锌或硫酸锌水溶液中选取。
(3)进行离子交换时，方钠石原料与过渡金属离子水溶液重量配比为：1～10∶100；离子交换在电磁搅拌或电动搅拌下进行，恒温温度为20～60℃，交换时间为0.5～24h。
(4)还原气氛在氢气或氢气与氮气的混合气体中选取，氮气与氢气的体积比在50∶70～200范围内变化；还原气体流量为30～100mL/min。
(5)还原过程采用程序升温和程序降温的方法，首先控制温度在20～40min内升至400～700℃；恒温2～4h；最后再在2～4h内降至常温。
具体的制备工艺流程如下：
步骤1.将干燥的方钠石原料研磨，经100目的筛子筛分后，转移至锥形瓶中。
步骤2.将过渡金属离子水溶液加入锥形瓶，恒温下进行离子交换，抽滤、干燥后得到离子交换后物料。
步骤3.将上述物料在还原气氛下还原，经程序降温后得到常压下对氢气具有较高吸附量的方钠石复合材料。
本发明的效果和益处是，能实现制备常压下具有较大储氢量的方钠石复合材料，可以通过改变离子种类和交换温度实现对方钠石复合材料储氢性能的调变。整个制备过程没有引进有害杂质和产生废弃物排放，属于绿色环保性技术。本发明在制备成本、产品性能、工艺流程、环境友好和经济利润等方面具有显著优势，原料工业化程度高，成本低廉，合成简便，设备要求低，产品性能高，适用于工业化生产。
具体实施方式
以下结合技术方案详细本发明的具体实施例。
实施例1：称取方钠石原料1.0g，研磨15～30min后，过筛。与100ml浓度为0.1mol/L硝酸镍溶液混合，电磁搅拌条件下，60℃恒温离子交换12h。抽滤干燥后，在氢气气氛下600℃还原2h，自然降至常温即得黑色粉末样品。所得方钠石复合材料常压下储氢量可达16ml/g。
实施例2：称取方钠石原料0.5g，研磨15～30min后，过筛。与50ml浓度为0.1mol/L硫酸亚铁溶液混合，电磁搅拌条件下，25℃恒温离子交换4h。抽滤干燥后，在氢气气氛下400℃还原4h，自然降至常温即得黑色粉末样品。所得方钠石复合材料常压下储氢量可达14ml/g。

Claims (1)

1.一种储氢方钠石复合材料的制备方法，其特征在于：
(1)制备所采用的方钠石原料：采用以普通原料直接合成的硅铝比为1～4的方钠石纯相或矿物灰为原料合成出的硅铝比为1～4的方钠石产品；将干燥的方钠石原料研磨，经100目的筛子筛分后使用；
(2)将过渡金属离子水溶液加入上述得到的物料后，恒温下进行离子交换，抽滤、干燥后得到离子交换后物料；离子交换所需的过渡金属离子源为过渡金属盐的水溶液，浓度为0.1～1.0mol·L-1；Ni2+源在硝酸镍、醋酸镍或硫酸镍的水溶液中选取；Fe2+源在硫酸亚铁、硝酸亚铁或醋酸亚铁水溶液中选取；Zn2+源在醋酸锌、硝酸锌或硫酸锌水溶液中选取；进行离子交换时，方钠石原料与过渡金属离子水溶液重量配比为：1～10∶100；离子交换在电磁搅拌或电动搅拌下进行，恒温温度为20～60℃，交换时间为0.5～24h；
(3)将上述物料在还原气氛下还原，经程序降温后得到常压下对氢气具有较高吸附量的方钠石复合材料；还原气氛在氢气或氢气与氮气的混合气体中选取，氮气与氢气的体积比在50∶70～200范围内变化；还原气体流量为30～100mL/min；
(4)还原过程采用程序升温和程序降温的方法，首先控制温度在20～40min内升至400～700℃；恒温2～4h；最后再在2～4h内降至常温。
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