CN102851549A

CN102851549A - 一种水解制氢的铝金属（合金）材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102851549A
Application number: CN2012103172000A
Authority: CN
Inventors: 董仕节; 王辉虎; 常鹰; 罗平
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-01-02

Abstract

一种水解制氢的铝金属（合金）材料，其特征在于：组成成分的质量百分比（wt%）如下：<tables num="0001"><table><tgroup cols="2"><colspec colname="c001" colwidth="69%"/><colspec colname="c002" colwidth="30%"/><tbody><row><entry>金属Al</entry><entry>20-80</entry></row><row><entry>NaCl</entry><entry>20-80</entry></row></tbody></tgroup></table></tables>由于没有添加贵金属元素或添加的昂贵金属元素Ga和In少，故该金属（合金）系统的成本非常低廉。通过机械合金化技术制备而成。本发明的成本非常低廉，可以在70度水浴中直接与水反应，达到快速制氢的效果，产氢率达到理论值的40％以上。

Description

一种水解制氢的铝金属(合金)材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水解制氢的铝金属（合金）材料，具体涉及一种Al-NaCl材料或Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等）合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源枯竭和环境日益恶化迫使世界各国研究者竭力研究和开发利用新的能源。我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中明确指出：能源是未来15年我国科技发展的重要领域，低成本规模化开发利用清洁能源则是重点研究领域和优先资助课题。氢能具有来源广泛、清洁环保、可储存、再生等优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。

氢能由于受到制氢技术、贮存技术和运输技术等三个方面的限制而难于推广应用。在制氢方面，现行工业用氢主要采用化石燃料制氢或电解水制氢，其中以化石燃料制氢为主，其制氢效率不高，需要消耗大量能源，伴生二氧化碳，对环境污染较大。在贮氢方面，尚缺有效的贮氢方式，如使用气态储带氢，能量密度较低；如使用液态储带氢，则要求超低温，储罐成本高，且储氢罐本身笨重，难于车栽；即使储罐内充满氢，储存氢量只占储存罐质量的5%～7%，所以，采用贮氢的方式作为汽车能源必增加汽车重量，与目前汽车轻量化发展方向相矛盾。另外，在氢气运输技术方面，氢气虽然具有较好的潜在可运输性，但其极易泄漏，即使真空密封的氢燃料箱，每天泄漏率尚达2%。因此，氢能的有效利用受到上述三方面的技术限制而无法实现。

目前，国内涉及铝合金制氢的专利如下：

1．一种镓铝合金、制备方法及其在制氢领域的应用（申请号：200810006957.1；公开号：CN 101235451A）。该专利采用镓、铝两种原料通过熔融冷铸法制备镓铝合金。

2．一种铝镓合金（申请号：200810300282.1；公开号：CN 101497954A）。该专利采用镓、铝两种原料通过真空熔炼法制备镓铝合金。

3．一种生产氢气的铝合金的制造方法（申请号：200810115694.8；公开号：CN 101613082A）。该专利采用镓、铝两种原料粉末通过泡沫冶金法，辅以高压、烧结、成型等技术制备镓铝合金。

4．一种水解制氢的铝合金及其制备（申请号：200710011042.5；公开号：CN 101289163A）。该专利主要采用铋、铝两种原料并辅以低熔点金属通过球磨制备铋铝合金。

本专利采用Al（Ga、In、Sn等）粉末与NaCl通过机械合金化制备Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等）合金体系，该合金能水解制氢。该专利与以上所列的第1、2、3种专利相比，其合金成分和制备方法均不同。与以上所列的第4种专利相比，其合金成分不同（不含铋）。因此，本专利所涉及技术在国内为首创。

发明内容

鉴于现有制氢技术的种种不足，本发明的目的在于通过对现有的铝合金水解制氢技术进行改进，提供一种水解制氢的铝金属（合金）材料及其制备方法，它具有工艺简单，成本低廉的优点。

为了实现本发明的目的，本发明人通过大量试验研究，最终获得了如下技术方案：

一种水解制氢的铝金属（合金）材料，其特征在于：组成成分的质量百分比（wt%）如下：

金属Al	20-80
		NaCl	20-80

如上所述的水解制氢的铝金属（合金）材料，其特征在于：组成成分的质量百分比（wt%）如下：

金属Al	20-79
		NaCl	20-79
金属Ga	>0-20
		金属In	>0-15
金属Sn	>0-10

金属Al	64-69
		NaCl	30-35
金属Ga	>0-3
		金属In	>0-3
金属Sn	>0-3

一种制备上述的水解制氢的铝金属（合金）材料的方法，包括以下步骤：

（1）在氩气保护下称取各金属Al、In、Sn、Ga粉末（或者只称取金属Al粉），同时按比例称取适量的NaCl，用行星式球磨机球磨，球磨罐及球磨介质均为玛瑙，球磨罐密封，填充氩气保护，球磨参数为：球料比是5-30：1，球磨时间是6-48h，转速是200r/min以上；

（2）球磨完成后合金颗粒真空包装或采用惰性气体保护，所用保护气体是氩气、氮气、氦气中的至少一种。

所述的金属Al、In、Sn粉末粒径＜200目，金属Ga在液态下加入，NaCl为普通食盐。

所述金属原料的纯度＞95%。

与现有技术相比，本发明涉及的Al-NaCl系统金属材料或Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等）合金及其制备方法具有如下优点和显著的进步：

（1）利用NaCl相对金属铝的高硬度或锡、镓、铟等低熔点金属破坏金属铝表面形成的氧化膜，从而提高铝的化学反应活性，达到快速制氢的效果。

（2）采用机械合金化技术使多种金属粉末合金化，制备工艺简单。

（3）该金属（合金）可以是单一的Al-NaCl系统，也可以是Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等），由于没有添加贵金属元素或添加的昂贵金属元素Ga和In少，故该金属（合金）系统的成本非常低廉。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明实施例的制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

实施例 Al-NaCl系统金属或 Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等）合金的制备

（1）Al-NaCl系统金属组成见表1：

表1 Al-NaCl系统金属实施例1-3的组成成分质量百分比（wt%）

成分	NaCl	Al
			实施例1	40	60
实施例2	30	70
			实施例3	20	80

（2）Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等）合金组成见表2：

表2 Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等）合金实施例1-6的组成成分质量百分比（wt%）

成分	Ga	In	Sn	NaCl	Al
						实施例4	1	1	1	29.1	67.9
实施例5	2	1	0	29.1	67.9
						实施例6	2	0	1	29.1	67.9
实施例7	3	0	0	29.1	67.9
						实施例8	0	3	0	29.1	67.9
实施例9	0	0	3	29.1	67.9

（3）制备工艺：

原料为各种高纯度粉末，Al、In、Sn粒径均<200目，纯度>99%，Ga为块体材料，液态下加入（熔点:29.76）,纯度>99%，NaCl为普通食盐。在氩气保护下，用行星式球磨机球磨，球磨参数为：球料比是5：1；球磨时间是12h；转速是500r/min。

（4）Al-NaCl系统金属或 Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等）合金与水反应的条件说明及产氢率指标：

a：Al-NaCl系统金属实施例1-3制备的铝金属在70度水浴中产生氢气；

b: Al-NaCl-低熔点金属（Ga、In、Sn等）合金实施例1-6制备的铝合金可在室温甚至冰水中产生大量氢气。

表3 实施例1-9铝合金的产氢率

指标	总产氢量(ml/g)	达到理论产氢值的百分率(%)
			实施例1	531	42.9
实施例2	520	42
			实施例3	508	41.0
实施例4	579	46.8
			实施例5	568	45.9
实施例6	556	44.9
			实施例7	535	43.2
实施例8	560	45.2
			实施例9	540	43.6

Claims

1. 一种水解制氢的铝金属（合金）材料，其特征在于：组成成分的质量百分比wt%如下：

金属Al 20-80 NaCl 20-80

组分之和为100%。

2.如权利要求1所述的水解制氢的铝金属（合金）材料，其特征在于：组成成分的质量百分比wt%如下：

金属Al 20-79 NaCl 20-79 金属Ga >0-20 金属In >0-15 金属Sn >0-10

组分之和为100%。

3.如权利要求2所述的水解制氢的铝金属（合金）材料，其特征在于：组成成分的质量百分比wt%如下：

金属Al 64-69 NaCl 30-35 金属Ga >0-3 金属In >0-3 金属Sn >0-3

组分之和为100%。

4.一种制备权利要求1-3所述的水解制氢的铝金属（合金）材料的方法，包括以下步骤：

（1）在氩气保护下称取各金属Al、In、Sn、Ga粉末，或者只称取金属Al粉，同时按比例称取适量的NaCl，用行星式球磨机球磨，球磨罐及球磨介质均为玛瑙，球磨罐密封，填充氩气保护，球磨参数为：球料比是5-30：1，球磨时间是6-48h，转速是200r/min以上；

（2）球磨完成后合金颗粒真空包装或采用惰性气体保护，所用保护气体是氩气、氮气、氦气中的至少一种；

所述的金属Al、In、Sn粉末粒径＜200目，金属Ga在液态下加入，NaCl为普通食盐；

所述金属原料的纯度＞95% 。