CN102794155B - 一种用于储氨的多孔固体样块及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于储氨的多孔固体样块，具体步骤如下：将工业无水氯化锶盐粉末、粘土、膨胀石墨和工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，形成半干性的混合粉体；该半干性的混合粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡，形成湿体样块；样块在60~80℃，真空度为1~10^-1Kpa的条件下干燥，其既保证了金属盐的储氨特性又有效地改善了混合物的粘度和机械强度，通过添加膨胀石墨使得氯化锶金属盐粉末具有更多的NH₃分子通道，产生了较大的比表面积，增加了混合物多孔固体样块的吸附能力，膨胀石墨的稳定骨架结构也为混合物在多次吸附/解吸过程中可能出现的结构塌陷提供了有力保障。

Description

一种用于储氨的多孔固体样块及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于储氨的多孔固体样块及其制备方法，应用于汽车尾气的后处理系统以及新能源汽车氢燃料电池系统。

背景技术

如今，全球正面临着能源危机和环境危机的双重挑战。在传统汽车的排放达标的技术手段选择方面，以及新能源汽车的燃料供给技术方面人们仍然面临不少的难题。

传统汽车方面，SCR后处理系统是依靠尿素还原剂的精确供给并在催化剂的前端分解成氨气后来去除NOX危害物，进而实现净化尾气的目的。但是，在实际使用中，这种依靠尿素分解成氨气的液体尿素的计量喷射存在许多不足和难点，例如尿素溶液在一定的温度下才能分解，而公交系统的许多车辆走走停停，根本无法达到尿素溶液稳定的分解温度的，无法产出氨气，影响正常的使用。新能源汽车方面，氢燃料电池汽车被公认是一个极为重要的技术路线。但是，如何稳定的获得氢气来源是个制约本领域发展的不小的难题。氨气是一种含氢密度最高的气体，常温下非常的活泼，极易扩散。因此，如果能够解决好氨气的储存问题，就可以同时开辟出“储氨—制氢—储氢”的氢燃料电池技术路线和“储氨—释放氨”的SCR后处理还原剂使用技术路线。

众所周知，某些金属盐在特定的条件下可以与氨气形成络合物，然后再在一定温度或者压力下又可以实现氨气的解吸，进而达到氨气的存储和利用的功能。例如，1个氯化镁分子可以和6个NH₃分子形成络合物，实现高密度的储氨功能。在国家专利信息网，以“储氨”“金属盐”为主题词检索，专利号为CN200680005886.2的‘氨的高密度存储’发明包含氨吸收/解吸固体材料的固体氨存储和输送材料，所述已被压实到密度大于理论骨架密度的50％的存储和输送材料提供固体氨存储材料，该存储材料容易制备和处理并且具有极高密度的存储氨，所述存储氨在受控条件下容易释放，即使所述材料的孔隙率非常低仍如此，并且该存储材料对于存储和输送氨是安全的，不需要特殊的安全措施。该专利是采用固体料直接模压成型，采用粘结剂，仅仅声明了可能是二氧化硅纤维粘结剂，并没有加量比例，其它权利要求项和实施例中的也仅仅声明固体材料可能包括颗粒材料、多孔材料、晶体材料、无定形材料或它们的结合物组成，没有明确权利要求细项，本行业技术人士几乎无法实施。

粘土是一种重要的矿物原料。由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。粘土矿物的颗粒细小，常在胶体尺寸范围内，呈晶体或非晶体，大多数是片状，少数为管状、棒状。粘土矿物用水湿润后具有可塑性，在较小压力下可以变形并能长久保持原状，而且比表面积大，颗粒上带有负电性，因此有很好的物理吸附性和表面化学活性。

鉴于此，本发明将依托具有较好吸附能力的氯化锶粉末在特定条件下可以进行氨气的吸附和解吸的原理，制备出一种可以存储氨气的活性混合物多孔固体样块。该混合物多孔固体样块含有一定量的粘土，以增加金属盐的吸附和解吸能力，解决金属盐混合物样块在多次使用过程中的结构稳定性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于储氨的多孔固体样块及其制备方法，其制备的含有金属盐和工业用粘土的储氨混合物，既保证了金属盐的储氨特性又有效地改善了混合物的粘度和机械强度，在制备储氨活性混合物多孔固体样块的过程中，还添加了适量的膨胀石墨，通过添加膨胀石墨使得氯化锶金属盐粉末具有更多的NH₃分子通道，产生了较大的比表面积，增加了混合物多孔固体样块的吸附能力，膨胀石墨的稳定骨架结构也为混合物在多次吸附/解吸过程中可能出现的结构塌陷提供了有力保障。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于储氨的多孔固体样块，由无水氯化锶、工业用粘土和膨胀石墨组成，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：按重量百分比，将工业无水氯化锶盐粉末72~82wt%、粘土4~10wt%、膨胀石墨2~8wt%和工业酒精6~15wt%组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌时间为1~10h，形成半干性的混合粉体；该半干性的混合粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30~60min，形成湿体样块；样块在60~80℃，真空度为1~10^-1Kpa的条件下干燥1~3h，或在80~100℃的温度下干燥2~4h。

本发明的积极效果是其制备的含有金属盐和工业用粘土的储氨混合物，既保证了金属盐的储氨特性又有效地改善了混合物的粘度和机械强度，所制备的混合物多孔固体样块是集中使用，满足大容量氨气的储存和释放的使用要求。

附图说明

图1 是本发明制备的混合物多孔固体样块吸附氨气后的热失重曲线。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

将79wt%的工业无水氯化锶盐粉末、4wt%的粘土、2wt%膨胀石墨和15wt%的工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌时间为1h，形成半干性的混合粉体；将该半干性的混合粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡60min，形成湿体样块；再在60℃，真空度为10^-1Kpa的条件下干燥3h，即可得含有4.7wt%粘土的储氨活性混合物多孔固体样块。

将10g多孔固体样块进行充氨，在自然通风的环境下进行，事先将可敞开式的密闭容器放入一个水量足够大的冷却水的水槽中，连接氨钢瓶，通过减压阀和干燥系统，在0.3Mpa的压力范围内缓缓的进行充氨，充氨时间为5h；充氨后该样块质量为14.7g，即吸附氨气4.7g。然后再将样块在200℃下进行加热处理，结果发现，加热后样块质量变为10.1g，即释放了氨气4.6g，解吸效率为98%。

如图1所示，混合物多孔固体样块吸附氨气重量百分比约为33wt%。

实施例2

将82wt%的工业无水氯化锶盐粉末、6wt%的粘土、6wt%膨胀石墨和6wt%的工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌时间为5h，形成半干性的混合粉体；将该半干性的混合粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡60min，形成湿体样块；再在80℃，真空度为1Kpa的条件下干燥1h，即可得含有6wt%粘土的储氨活性混合物多孔固体样块。

将10g多孔固体样块进行充氨，在自然通风的环境下进行，事先将可敞开式的密闭容器放入一个水量足够大的冷却水的水槽中，连接氨钢瓶，通过减压阀和干燥系统，在0.4Mpa的压力范围内缓缓的进行充氨，充氨时间为5h；充氨后该样块质量为14.3g，即吸附氨气4.3g。然后再将样块在200℃下进行加热处理，结果发现，加热后样块质量变为11 g，即释放了氨气3.3g，解吸效率为77%。

实施例3

将72wt%的工业无水氯化锶盐粉末、10wt%的粘土、8wt%膨胀石墨和10wt%的工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌时间为10h，形成半干性的混合粉体；将该半干性的混合粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30min，形成湿体样块；再在100℃的温度下干燥4h即可得含有11wt%粘土的储氨活性混合物多孔固体样块。

将10g多孔固体样块进行充氨，在自然通风的环境下进行，事先将可敞开式的密闭容器放入一个水量足够大的冷却水的水槽中，连接氨钢瓶，通过减压阀和干燥系统，在0.4Mpa的压力范围内缓缓的进行充氨，充氨时间为5h；充氨后该样块质量为14g，即吸附氨气4g。然后再将样块在200℃下进行加热处理，结果发现，加热后样块质量变为10.3g，即释放了氨气3.7g，解吸效率为93%。

Claims (1)

1.一种用于储氨的多孔固体样块，由无水氯化锶、工业用粘土和膨胀石墨组成，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：按重量百分比，将工业无水氯化锶盐粉末72~82wt%、粘土4~10wt%、膨胀石墨2~8wt%和工业酒精6~15wt%组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌时间为1~10h，形成半干性的混合粉体；该半干性的混合粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30~60min，形成湿体样块；样块在60~80℃，真空度为1~10^-1Kpa的条件下干燥1~3h，或在80~100℃的温度下干燥2~4h。