CN101711996A - 除氢用氢复合器制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种除氢用氢复合器的制造方法。该氢复合器将核电站等发生事故时所产生的氢有效地除去，从而防止发生2次灾害，为了将泡沫(foam)形态的金属泡沫的催化剂反应面积最大化，而涂布铂的同时，再涂布疏水性物质，以便在水分渗透时也能够起到除氢的作用。本发明就是关于具有上述特征的除氢用氢复合器制造方法的。本发明的除氢用氢复合器是通过将制作成泡沫(foam)形态的金属泡沫按照一定大小截断，在其截断的表面通过沉积的方法涂布氧化铝等金属氧化物之后，再涂上铂，然后，再涂布碳纳米管等疏水性材料制成的。这样，当核电站发生重大事故时，即使是在核电站的安全壳内处于过饱和水蒸汽状态的情况下，也能够有效地将氢除去。
Description
技术领域
本发明涉及一种除氢用氢复合器的制造方法。该除氢用氢复合器将核电站等发生事故时所产生的氢有效地去除，从而防止发生2次灾害，且为了将泡沫(foam)形态的金属泡沫的催化剂反应面积最大化，涂布金属氧化物粒子之后，再涂上铂，同时涂布疏水性物质，以便水分渗透时也能够起到除氢的作用。
背景技术
在核电站的安全壳内安装降低氢浓度的除氢装置，在发生重大事故时，就能够有效地防止由氢引发的燃烧或者是爆炸等灾害的发生。这种除氢装置比较常用的有TR(热复合器，Thermal Recombiner)式和PAR(非能动催化复合器，Passiv Auto-catalytic Recombiner)式。
上述TR式除氢装置是采用对空气进行加热的方式使装置内的温度升高到氢气的燃点以上，从而使空气中含有的氢燃烧。要使这种装置运转就还需要其它的加热装置，即使是在发生重大事故时，也必须继续供给煤气或者是电力等，因此在紧急情况时装置的安全就存在一定的问题，而且平常的维护及管理也比较困难。
另外，PAR式除氢装置比较常用的有使用AREVA、NUKEM等外国公司生产的利用铂(Pt)催化剂的产品，但是，由于需要设置多块铂板(Pt Plate)，就必然导致其成本升高，而且由于催化剂反应面积较窄导致除氢率降低，就需要装置的大型化和多量化。另外，当发生重大事故时，在氢浓度达到8％以上的区域，铂板的边缘(Edge)就会起点火器(Igniter)的作用，这样反而可导致氢爆炸。
另外，虽然采用蜂窝陶瓷的普通除煤烟用催化剂(Ni等)也可以除氢，但是上述蜂窝陶瓷产品是专为清除汽车等产生的煤烟而研发的，它只是部分被商用化，由于其物理特性较弱，很难满足核电站的耐震设计值，而且与铂相比，其氢转换率也很低，当发生紧急情况时，随着温度的骤然升高，在热应力或者是强震动的作用下，由于受到机械性冲击就很容易发生破损，因此在使用时会受到诸多局限。
发明内容
发明所解决的技术课题
本发明就是为解决现有除氢装置在核电站安全壳内部发生事故时不能够有效地将氢除去和维修维护方面存在的问题而研发的，依据本发明的除氢用氢复合器，不仅能够提高除氢效率，而且还能够耐热和耐机械性冲击，即使是在发生事故而被撒水的过程中，也能够持续除氢。
技术方案
依据本发明的除氢用氢复合器是，将制作成泡沫(foam)形态的金属泡沫按照一定的大小截断，在其表面通过沉积方法涂布氧化铝等金属氧化物后，再涂上铂，然后再涂布碳纳米管等疏水性材料制成的。这样，当核电站发生重大事故时，即使是在核电站安全壳内处于过饱和水蒸汽状态的情况下，也能够有效地将氢除去。
特别是，依据本发明的氢复合器，采用了能够在Ni、Cu、SUS等泡沫形态金属材料上使催化剂反应面积最大化的稳定性铂(Pt)涂布技术。同时，还涂布有在水分的渗透下仍然能够保持其正常性能的疏水性物质，从而大大提高了其工作效率。在镍泡沫的表面上涂布并吸附耐热性较强的氧化铝、氧化锆等材料，然后再在涂布的材料上涂上一层薄薄的催化剂材料即铂粒子，从而就可以增强其耐机械性冲击和耐热冲击的性能。另外，在其上面再通过涂布或者是蒸镀(evaporation coating)的方式增加一层由碳、氟、硅等成份制成的纳米粒子，从而就能够有效地确保将水分中的氢除去。
发明效果
依据本发明的氢复合器，不是呈板状，而是制成含有金属材料的泡沫状，它与板状的氢复合器相比，其除氢效率更高。因此，即使是在氢浓度较高的条件下，也能够有效降低氢发生爆炸的可能性。同时，由于涂布了氧化铝等材料，其耐机械性冲击和耐热冲击的性能也比较好。另外，由于涂上了碳纳米管等材料，即使是在发生氢泄漏事故后撒水的情况下，也能够确保正常发挥其除氢功能的作用。
附图说明
图1是涂布氧化铝的镍泡沫图片；
图2是涂布铂的镍泡沫图片。
具体实施方式
依据本发明的除氢用氢复合器是，将制作成泡沫(foam)形态的金属泡沫按照一定大小截断，在其表面通过沉积的方法涂布氧化铝等金属氧化物之后，再涂上铂，然后，再涂布碳纳米管等疏水性材料制成的。下面对除氢用催化剂的制造方法进行详细说明，即，本发明使用金属泡沫实施例的镍泡沫，金属氧化物是采用氧化铝涂布，之后再涂上铂和碳纳米管。
这样，当核电站发生重大事故时，即使是在核电站安全壳内处于过饱和水蒸汽状态的情况下，也能够有效地将氢除去。
依据本发明，将由镍材质制成的镍泡沫按照一定的宽度和面积截断之后，在镍泡沫的表面通过沉积的方法涂上氧化铝，使氧化铝重量增加至镍泡沫重量的40％。然后，再在涂有氧化铝的镍泡沫表面涂布铂，然后，再在涂有铂的镍泡沫上涂布碳纳米管，从而就可以制造出高效率的氢复合器。
依据本发明的氢复合器，采用了通过大家熟悉的方法制造的镍泡沫，将其设置到核电站安全壳内部，即使是在发生事故之后撒水的状态下，也能够有效地将氢除去。在镍泡沫的表面涂上氧化铝、氧化锆等材料，可以增强其耐机械性冲击和耐热冲击的性能。在上述涂有氧化铝等金属氧化物的镍泡沫表面，再涂上除氢催化剂即铂，就能够有效地将氢除去。在涂有铂的镍泡沫上再涂布碳纳米管，从而确保不让水分接触到铂，而只有氢能够接触到铂。这样，当核电站发生事故之后，即使是在撒水的状态下，也能够有效地将安全壳内的氢除去。
依据本发明的镍泡沫，不仅可以改变其大小和厚度，而且还可以自由选择其设置个数。因此，可以根据核电站安全壳的实际情况灵活设置。
下面，将对本发明进行详细说明。
依据本发明，在通过大家熟悉的方法制造的表面积达最大化的镍泡沫表面涂布氧化铝和铂以及碳纳米管，在本发明中，镍泡沫已事先按照一定的大小和厚度截断。
首先，在按照一定大小和厚度截断的镍泡沫表面涂布氧化铝。在这里，氧化铝可以采用沉积的方法进行涂布，涂布氧化铝直至镍泡沫的重量增加40％。
在这种情况下，涂布在镍泡沫的表面上的氧化铝可以通过下述过程制造。
即，氧化铝涂布液是，将蒸馏水175g加热至85℃之后，将20g异丙醇铝(Alumina Iso Propoxide)用球磨机(ball-mill)研磨后加入到蒸馏水中，然后，再向其中加入7g聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol)，接着再加入0.5cc硝酸，然后，在常温状态下将47g氧化铝粉和98g水配制成混合溶液加入到其中，接下来，再向其中加入0.2cc硝酸，将pH值调节至3.5～4，用球磨机大约混合80小时左右，并持续搅拌至使用时，从而制备氧化铝涂布液。
在这里，将氧化铝涂布在镍泡沫的表面，从而就可以增加镍泡沫的实际表面积，除了氧化铝之外还可以涂布氧化锆等。
下面，将观察在镍泡沫的表面上涂布准备好的氧化铝的过程。
将镍泡沫充分浸入到准备好的氧化铝涂布液中，为了使氧化铝涂布液均匀地分布在镍泡沫表面而进行喷射涂布，在20分钟的时间内将其加热至100℃并保持30分钟，然后，进行退火干燥处理。
上述过程需要反复实施10次以上，直至镍泡沫的重量增加到40％为止，然后，在常温状态下在2小时时间内将其加热至500℃并保持12小时，然后，进行退火处理。这样，就可以通过锻烧的方式将氧化铝涂布到镍泡沫的表面。
另外，依据本发明，在表面涂布有氧化铝的镍泡沫上还要涂布催化剂即铂。将氯铂酸4g溶解到350cc丙酮溶液中，从而制成铂溶液，然后，将涂布有氧化铝的镍泡沫浸入到上述铂溶液中使其充分吸收，然后，将镍泡沫从铂溶液中取出来，使沾在镍泡沫表面的铂酸(泡沫)在常温状态下通过吹风将其除去。在这种情况下，可以使用烘箱(dryer)吹出热风对催化剂进行干燥处理。上述过程需要反复实施3次以上，才能够将足量的铂涂布到镍泡沫的表面。
如果将上述涂布铂的镍泡沫直接使用，一旦喷射水分，就会在其表面形成一层水膜，这样就会阻止氢与铂接触，从而就不能够实现除氢的根本目的。
本发明正是基于上述情况，将疏水性物质即碳纳米管涂布到涂有铂的镍泡沫表面，这样就确保水不能够与铂接触，而只有氢才能够与铂接触。
也就是说，依据本发明，如果核电站发生事故时，会暴露于在大量的饱和水蒸汽中，即使是在这种情况下，也必须马上启动催化剂反应。因此，就需要通过喷射、涂布、镀膜等方法将碳纳米管涂布到涂有铂的镍泡沫表面，从而使其覆盖上一层疏水性物质。
在这里，疏水性物质是指碳、氟、硅等的纳米粒子。如果将上述疏水性物质即碳纳米管涂布到镍泡沫表面，上述粒子就可以阻止体积较大的水蒸汽与铂接触即在碳纳米管上就将其阻断，上述粒子只能够让体积较小的氢通过碳纳米管，从而与铂接触。这样，当发生事故时，即使是在喷射水的情况下，也能够有效地将氢除去。
如上所述，在涂铂的镍泡沫表面涂布疏水性物质之后，在常温条件下于2小时时间内将其加热至500℃并保持12小时，然后，进行退火处理。然后，再将其放入由4vol％氢、96vol％氮组成的混和气体中在常温条件下于2小时时间内将其加热至500℃并保持5小时，然后，再进行退火处理，从而就完成了疏水性物质的涂布过程。
如上所述，依据本发明，将制作成多孔质泡沫(foam)形态的镍泡沫按照一定的大小和面积截断，通过涂布氧化铝等材料使金属材料的表面积增大，从而加宽与氢接触的面积，从而使催化剂反应面积达到最大化。为了增强上述镍泡沫表面的耐机械特性和耐热特性，可以通过沉积的方法涂布氧化铝或者是氧化锆等金属材料，可以充分增加涂布在上述镍泡沫表面上的氧化铝的厚度。
在这里，在镍泡沫的表面均匀喷射涂布氧化铝涂布液之后，在20分钟时间内将其加热至100℃并保持30分钟，然后，再进行退火干燥处理，上述过程需要反复实施10次以上，直至镍泡沫的重量增加到40％为止。
在上述涂有氧化铝的镍泡沫表面再涂上铂，在镍泡沫的表面上涂布的上述铂的平均厚度约为15μm，以使其与氢具有较宽的反应面积。在上述涂有铂的镍泡沫表面再涂布碳纳米管，这样，即使是在撒水的情况下，也能够有效地将氢除去，从而制造出高效率的氢复合器。
Claims (2)
1.一种除氢用氢复合器的制造方法，其特征在于，
将镍金属泡沫按照一定的大小和厚度截断之后，在上述金属泡沫的表面均匀地喷射涂布氧化铝金属氧化物的涂布液，然后在20分钟内将其加热至100℃并保持30分钟，然后再进行退火干燥处理，将上述过程需要反复实施10次以上，直至镍泡沫的重量增加到40％为止。
把上述涂有金属氧化物的金属泡沫浸入到将4g氯铂酸溶解到350cc丙酮溶液中制成的铂溶液中，然后，在常温状态下将沾在镍泡沫表面的铂酸(泡沫)通过吹风将其除去，然后，再通过热风进行干燥处理，上述过程需要反复实施3次以上，以使铂能够均匀地涂布大约15μm厚度。
在上述涂有铂的金属泡沫上再涂布碳纳米管，在常温状态下于2小时时间内将其加热至500℃并保持12小时，然后，进行退火处理，然后，再将其放入由4vol％氢、96vol％氮组成的混和气体中，在常温条件下于2小时时间内将其加热至500℃并保持5小时，然后，再进行退火处理，从而涂布疏水性物质。
2.根据权利要求1所述的除氢用氢复合器的制造方法，其特征在于：
涂布在镍金属泡沫表面的氧化铝金属氧化物的涂布液是将175g蒸馏水加热至85℃之后，将20g异丙醇铝用球磨机研磨后加入到蒸馏水中，然后，再向其中加入7g聚乙烯醇，接着再加入0.5cc硝酸，然后，将47g氧化铝粉和98g水配制成混合溶液在常温状态下向其中加入，接下来，再向其中加入0.2cc硝酸，将其pH值调节至3.5～4，用球磨机混合大约80小时左右，需要持续搅拌到使用时。
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