CN105039792A - 一种快速制氢剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种快速制氢剂及其制备方法和应用，其特征在于，所述快速制氢剂是由铝和低熔点金属按一定比例组成。所述铝为制氢剂的主要功能材料，其在低熔点金属的作用下在其表面形成大量的活化点，与水发生反应产生大量氢气。本发明涉及的快速制氢剂，具有成本低廉，制氢效率高的优点，可广泛用于氢气球、氢气贮存、氢氧燃料电池等氢能应用场合。

Description

一种快速制氢剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种快速制氢剂及其制备方法和应用，具体涉及一种成本低廉，制氢效率高，与水能快速反应产生大量氢气的固态合金。

背景技术

氢能是一种能量密度大、绿色环保的能源，在车载动力系统、手提电脑的电源、应急电源、单兵作战电源等设备中具有非常广泛的应用。但由于氢气易燃易爆的特性，使其运输存在一定的难度，进而阻碍其大规模应用。因而，发展即制即用的氢能源技术具有重要的意义。

目前，常用的即时制氢技术多采用铝水解方法，但铝表面的致密氧化膜阻碍铝与水的接触，使得铝与水反应微弱。为了促进水解反应的进行，通常向其中添加钙、锂或铋等掺杂金属。钙、锂及铋均可在铝表面形成合金，破坏氧化铝薄膜，增加铝与水的接触面积，促进水解反应进行。然而，钙和锂具有较强的活性，最终制成的复合制氢剂在空气中极不稳定，不利于贮存。同时，铋、锂、钙等活性材料成本高昂，最终制成的制氢剂成本较高。

另外，既有的水解制氢剂中铝颗粒在球磨过程中很容易发生团聚，重复球磨过程比较繁琐，耗时长，且使制氢剂活性降低。更严重的是，制成的高表面活性铝基制氢剂（尤其是掺混了高活性金属如锂钙等金属）易发生表面氧化效应，容易失效，保存期短，实用性差。总体而言，寻找一种成本低廉、活性强、产氢迅速且量大、稳定性高的制氢剂是当前即时制氢技术大规模应用的关键难点。

为此，本发明提出一种快速制氢剂，其成本低廉，产氢效率高，且无毒无害。同时，制氢剂的活性较低且采用真空包装，可防止制氢剂因长期暴露在空气中氧化或与水接触反应而失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速制氢剂，该制氢剂成本低廉、产氢效率高，与水可快速发生反应产生大量氢气。

本发明的技术方案如下：

一种快速制氢剂，其特征在于，其由铝和低熔点金属按一定比例组成；

所述快速制氢剂中铝的质量分数占80%；

所述低熔点金属为镓、铟和锡，其在快速制氢剂中的质量分数分别占镓5%、铟5%、锡10%。

所述铝为制氢剂的主要功能材料，其在低熔点金属的作用下在其表面形成大量的活化点，与水发生反应产生大量氢气。

所述快速制氢剂采用真空进行封装，可防止制氢剂因长期暴露在空气中氧化或与水反应而失效。

所述制氢剂中掺混的低熔点金属为常温下呈液态的镓铟锡合金。其在铝表面形成合金，破坏铝的氧化膜，提高铝活性；因此，在保证高活性的前提下，这种掺混方式使低熔点金属的掺混量达到最低，制氢剂成本降低。

所述制氢剂在与水反应时可加入适量的氢氧化钠、氢氧化钾等强碱，可促进反应的进行，使制氢剂尽可能反应完全。

一种快速制氢剂的制备方法，其特征在于，其制备方法如下：

（1）称取质量分数为80%的铝，将铝置于电磁熔炉中进行加热，直至铝完全熔化；

（2）分别称取质量分数为5%的镓、5%的铟，以及10%的锡；

（3）可以分以下两种方法将（1）中的铝和（2）中的金属进行混合：

方法一：将（2）步的金属依次加入（1）步中熔化后的铝中，同时进行搅拌直至混合均匀；方法二：先将（2）步中的金属单独加热混合均匀后冷却至常温，在将其加入（1）步熔化的金属铝中，同时进行搅拌直至混合均匀；

（4）将上步混合均匀的快速制氢剂置于常温下自然冷却，将冷却后的快速制氢剂进行真空封装，必要时，可将其切成需要的用量之后再分别进行封装。

使用时，首先往反应容器中加入适量的水；然后称取适量的制氢剂，置于反应容器中。制氢剂即与水迅速发生反应，产生大量氢气。此时，氢气中含有大量水分以及少量的空气，可以通过物理或化学方式进行除杂，从而得到干燥纯净的氢气。此种制氢剂适用于氢气球、氢气贮存、氢氧燃料电池等氢能应用场合。

本发明的优点在于：

（1）基于低熔点金属和铝的复合掺混方式既能保证制氢剂的高活性，又能使低熔点金属的掺混量达到最低，制氢剂成本降低。

（2）铝为制氢剂的主要功能材料，其在制氢剂中含量最高，而铝的制作成本相对较低，进一步降低的制氢剂的制作成本，经济实用。

（3）金属铝、镓和铟均在第ⅢA族，其物化性质相似，锡与镓在元素周期表中的相对位置为对角，根据相似相容原则和对角线规则，制氢剂中的金属铝、镓、铟和锡的亲和性非常好，不会出现金属之间混合不均匀的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

快速制氢剂由铝和低熔点金属组成；其中铝的质量分数占80%，镓占5%，铟占5%，锡占10%。

本实施例的快速制氢剂的制备方法如下：

（1）称取质量分数为80%的铝，将铝置于电磁熔炉中进行加热，直至铝完全熔化；

（2）分别称取质量分数为5%的镓、5%的铟，以及10%的锡；

（3）将（2）步的金属依次加入（1）步中熔化后的铝中，同时进行搅拌直至混合均匀；

（4）将上步混合均匀的快速制氢剂置于常温下自然冷却，将冷却后的快速制氢剂进行真空封装，必要时，可将其切成需要的用量之后再分别进行封装。

制氢剂在室温为19℃，大气压为101.325KPa的环境条件下进行实验。

使用时，首先称取1g制氢剂，置于反应容器中；其次，量取适量水倒入放有制氢剂的反应容器中，制氢剂即与水迅速发生反应，产生大量氢气。测量反应前温度，连接好气体收集装置收集气体，反应10min后，产生的氢气量，反应产物的pH以及反应的终止温度，如表1所示。

将水的加入量依次改为20ml、30ml，测试其反应参数。本发明的制氢剂与水的反应参数如表2、表3及表4所示。

表11g制氢剂与10ml、20ml及30ml水反应比较

水/ml	初始温度/℃	反应时间/min	pH值	产生气体量/ml	终止温度/℃
						10	12.7	10	8	110	32.5
20	13.4	10	8	100	27.3
						30	13.8	10	8	80	23.2

表21g制氢剂与10ml水反应参数

初始温度/℃	终止温度/℃	pH值	气体量/ml
				15	31	8	125
25	35.5	8	150
				35	84.3	9	950
45	84	8	1000

表31g制氢剂与20ml水反应参数

初始温度/℃	终止温度/℃	pH值	气体量/ml
				15	31	8	100
25	38	8	160
				35	84	8	1000
45	98	8	1100

表41g制氢剂与30ml水反应参数

初始温度/℃	终止温度/℃	pH值	气体量/ml
				15	26	8	100
25	33	8	150
				35	40	8	460
45	72	8	800

根据上述的实验参数，往反应的水中加入同量的氢氧化钠，研究氢氧化钠对反应的影响。得到的实验结果如表5所示。

表5氢氧化钠参与反应得到的实验结果

水量/ml	温度/℃	氢氧化钠/g	气体量/ml	pH值	终止温度/℃
						10	25	1	875	14	94
20	25	1	950	13	82
						30	25	1	850	13	75

由以上实验数据分析可知，1g制氢剂可以加入20ml左右的水反应，且水温应控制在20-40℃之间，反应可以快速高效安全地进行，反应产物具有弱碱性，对人体及环境危害小。如果反应过程中反应速率缓慢，可以加入0.5g-1g的氢氧化钠，促进反应的进行。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种快速制氢剂，其特征在于，其由铝和低熔点金属按一定比例组成；

所述快速制氢剂中铝的质量分数占80%；

所述低熔点金属为镓、铟和锡，其在快速制氢剂中的质量分数分别为镓5%、铟5%、锡10%。

2.按权利要求1所述的快速制氢剂，其特征在于，所述铝为制氢剂的主要功能材料，其在低熔点金属的作用下在其表面形成大量的活化点，与水发生反应产生大量氢气。

3.按权利要求1所述的快速制氢剂，其特征在于，所述快速制氢剂采用真空进行封装，可防止制氢剂因长期暴露在空气中氧化或与水反应而失效。

4.一种快速制氢剂的制备方法，其特征在于，其制备方法如下：

（1）称取质量分数为80%的铝，将铝置于电磁熔炉中进行加热，直至铝完全熔化；

（2）分别称取质量分数为5%的镓、5%的铟，以及10%的锡；

（3）可以分以下两种方法将（1）中的铝和（2）中的金属进行混合：方法一：将（2）步的金属依次加入（1）步中熔化后的铝中，同时进行搅拌直至混合均匀；方法二：先将（2）步中的金属单独加热混合均匀后冷却至常温，在将其加入（1）步熔化的金属铝中，同时进行搅拌直至混合均匀；

（4）将上步混合均匀的快速制氢剂置于常温下自然冷却，将冷却后的快速制氢剂进行真空封装，必要时，可将其切成需要的用量之后再分别进行封装。