CN105036075A - 一种Al-BiBr3铝基复合制氢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Al-BiBr3铝基复合制氢材料及其制备方法，该材料由铝粉和溴化铋混合球磨而成，铝粉的质量百分比为50-95%，溴化铋的质量百分比为5-50%。制备时按比例分别称取所需的铝粉和溴化铋加入球磨罐中，再按球料比为20-120:1，加入磨球，密封，罐中充入氩气保护；将球磨罐放入球磨机球磨，设定球磨转速为100-500r/min，球磨时间为1-10小时，即可制得。通过测试，本发明铝基复合制氢材料具有产氢性能好、成本低廉、环境友好、工艺简单等优点，解决了常温中性条件下，铝水反应制氢综合性能不好问题。

Description

一种Al-BiBr3铝基复合制氢材料及其制备方法
技术领域
本发明属于氢气制备技术领域，具体是一种Al-BiBr3铝基复合制氢材料及其制备方法。
背景技术
铝基制氢材料具有能量密度大、便于储存、原料成本低廉、原料易获得、铝水反应产物环境友好，可循环使用等优点，在能源储备、移峰填谷、移动制氢等领域有着广泛的应用前景。但是铝与水反应的过程中会在表面形成一层致密氧化膜，阻碍反应的连续进行，因此如何破除铝表面的氧化膜成为铝水制氢技术的关键。
碱性溶液可以有效破除铝表面的氧化膜，但碱性溶液对发生设备的耐腐性有很高的要求，目前研究热点集中在中性条件下实现铝和水快速反应。
目前，解决铝水快速反应问题的常用方法是机械球磨法——通过将铝和添加剂球磨制备铝基复合材料。专利CN102992263A“一种Al-Bi-NaCl-碱金属或氢化物水解制氢用复合材料及其制备”是将铝粉、铋粉和氯化钠混合球磨，通过添加NaCl解决了Al-Bi球磨过程冷焊团聚现象，但降低了Al的含量；专利CN103861645A“铝/水反应可控制氢催化剂及其制造方法”是将铝粉和氯化铋、氯化钠、氯化钾混合物以及金属钙粉、金属锌粉混合物混合球磨，有效地解决铝和水在中性条件下快速反应。这些方法解决了铝基复合材料在常温下与水快速反应的问题，并在产氢性能的单位质量产氢量、产氢率和产氢速率方面各有所长。但综合产氢性能还有提高空间，其生产成本也有下降空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能、低成本的Al-BiBr3铝基复合制氢材料及其制备方法，通过简单的工艺提高铝基复合材料的综合产氢性能。
实现本发明目的的技术方案是：
一种Al-BiBr3铝基复合制氢材料，由铝粉和溴化铋混合球磨而成，铝粉的质量百分比为50-95％，优选质量百分比为80-90％；溴化铋的质量百分比为5-50％，优选质量百分比为10-20％。
所述的铝粉为金属铝单质粉末，优选是微米级的铝粉。
所述的溴化铋为无水氯化铋。
一种Al-BiBr3铝基复合制氢材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例分别称取所需的铝粉和溴化铋加入球磨罐中，再按球料比为20-120:1，加入磨球，密封，罐中充入氩气保护；
(2)将球磨罐放入球磨机球磨，设定球磨转速为100-500r/min，球磨时间为1-10小时，即可制得Al-BiBr3铝基复合制氢材料。
步骤(1)所述球料比优选为30-60:1。
步骤(2)所述球磨转速优选为250r/min，球磨时间优选为3-7小时。
本发明Al-BiBr3铝基复合制氢材料，将铝粉和溴化铋混合，通过机械球磨法，利用原位还原技术将BiBr3还原成Bi单质，并使其均匀分散在铝基上，有效催化铝水反应的进行，克服了Al-Bi直接球磨带来的冷焊、团聚问题；BiBr3对铝水反应的促进作用优于BiCl3，且成本低于BiCl3。
本发明与现有技术相比的优点是：
1、本发明Al-BiBr3铝基复合制氢材料通过相对廉价的BiBr3代替BiCl3作为反应添加剂，通过测试，其提高了产氢性能，同时降低了生产成本。
2、本发明Al-BiBr3铝基复合制氢材料与水接触后立即反应，启动时间低于5秒；100即可完全反应。反应速率快且没有出现燃烧现象。
3、本发明Al-BiBr3铝基复合制氢材料具有产氢性能好、成本低廉、环境友好、工艺简单等优点，解决了常温中性条件下，铝水反应制氢综合性能不好问题。可以应用于大规模能源储存、便携式移动氢源、燃料电池供氢的等领域。
附图说明
图1为不同质量比的Al-BiBr3铝基复合材料常温与水反应的单位质量产氢量曲线；
图2为不同质量比的Al-BiBr3铝基复合材料常温与水反应的产氢速率曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
实施例
在氩气保护下，向球磨罐中，按30:1的球料比装入90g磨球和3g的原料，原料由2.7gAl，0.3gBiBr3组成；将球磨罐放入球磨机球磨，球磨转速设为250r/min，球磨时间为5h，即可制得Al-BiBr3铝基复合制氢材料。
将制得的不同铝基复合材料在25℃下，与水按1g(样品)：0.1L(水)反应，即称取约0.1g的铝基复合材料，加水10mL，测定其产氢性能。
将实验结果与使用相同制备方法制备的纯铝粉和Al-BiCl3铝基复合材料进行比较分析，部分结果见图1、图2及表1。
表1.不同质量铝基复合材料的产氢性能对照表
结果表明：本发明Al-BiBr3铝基复合制氢材料，其单位质量产氢量可达1189mL·g-1，产氢率可达98.3％，最大产氢速率可达1949mL·g-1·min-1。同时添加BiBr3可对产氢性能有大幅提高。其产氢性能优于添加BiCl3的产氢性能。证明Al-BiBr3铝基复合材料是一种性能优良的制氢材料。

Claims (7)

1.一种Al-BiBr3铝基复合制氢材料，其特征在于：所述铝基复合材料由铝粉和溴化铋混合球磨而成，铝粉的质量百分比为50-95％，溴化铋的质量百分比为5-50％。
2.根据权利要求1所述的Al-BiBr3铝基复合制氢材料，其特征在于：所述铝粉的质量百分比为80-90％；所述溴化铋的质量百分比为10-20％。
3.根据权利要求1-2任一项所述的Al-BiBr3铝基复合制氢材料，其特征在于：所述铝粉是微米级的铝粉。
4.根据权利要求1-2任一项所述的Al-BiBr3铝基复合制氢材料，其特征在于：所述溴化铋为无水溴化铋。
5.根据权利要求1所述的Al-BiBr3铝基复合制氢材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)按比例分别称取所需的铝粉和溴化铋加入球磨罐中，再按球料比为20-120:1，加入磨球，密封，罐中充入氩气保护；
(2)将球磨罐放入球磨机球磨，设定球磨转速为100-500r/min，球磨时间为1-10小时，即可制得Al-BiBr3铝基复合制氢材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述球料比为30-60:1。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述球磨转速为250r/min，球磨时间为3-7小时。
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