CN105036075B - 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100‑500 r/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
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2.7g Al,0.3g BiBr3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 (3)
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30-60:1,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250 r/min,球磨时间为3-7小时,即可制得Al-BiBr3铝基复合制氢材料。
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