CN105819399A - 一种可控制制氢速度的制氢反应 - Google Patents

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杨建国
许俊
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Abstract

本发明属于化工技术领域，为解决传统铝水制氢方法中因碱度不同而影响产氢速率。当PH过高时氢气产生速度过快，从而无法人为控制的问题，本发明提出了一种可控制制氢速度的制氢反应，所述的制氢反应为制氢剂在固体催化剂的作用下产生水解反应。在铝制氢剂和缓释剂混合制氢过程中添加碱性固体催化剂，可以有效的控制产氢速率及时段，使氢气匀速产生以供使用。

Description

一种可控制制氢速度的制氢反应
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种可控制制氢速度的制氢反应。
背景技术
目前氢能（燃料电池）被认为是解决碳排放首选之道，但因为供氢站等基础设施严重制约了其发展，因此亟需研发高效、安全、迅速的在线供氢技术。
氢气的制备已可通过不同的技术手段实现，包括电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、化学法制氢和生物制氢等等。目前大部分的氢气是通过天然气水蒸气重整反应或者部分氧化生产的，但资源有限并且制氢过程中产生大量副产物二氧化碳等温室气体，对环境污染较大且效率较低；而电解水制氢虽工艺简单、无污染但消耗电量大；另外，硼氢化钠水解制氢虽工艺相对比较成熟但硼氢化钠成本较高且回收困难，很难广泛应用。因此如何通过简易、廉价的方法制备、储存、运输及利用氢气，仍有待研究。
铝粉水解反应制氢因其具有卓越的优点而受到广泛的关注，而传统铝水制氢技术是直接将铝粉或者金属铝加入碱性溶液中从而产生氢气，此方法中的碱性溶液因碱度不同而影响产氢速率。当PH过高时氢气产生速度过快，从而无法人为控制，从而需要添加储存罐进行储存氢气，并且此生产过程十分不安全。从而为铝水制氢的工业化发展带来极大的技术障碍和安全隐患。
发明内容
为解决传统铝水制氢方法中因碱度不同而影响产氢速率。当PH过高时氢气产生速度过快，从而无法人为控制的问题，本发明提出了一种可控制制氢速度的制氢反应，在铝制氢剂和缓释剂混合制氢过程中添加碱性固体催化剂，可以有效的控制产氢速率及时段，使氢气匀速产生以供使用。
本发明是通过以下方案实现的：一种可控制制氢速度的制氢反应，所述的制氢反应为制氢剂在固体催化剂的作用下产生水解反应。
所述的制氢剂由铝粉、缓冲剂组成，制氢剂中铝粉的质量百分比为70~85%，缓冲剂的质量百分比为15~30%。
缓冲剂为硬脂酸镁与羧甲基纤维素钠的混合物，其中硬脂酸镁与羧甲基纤维素钠的质量比为1：9~99。
所述的固体催化剂选自氢氧化钠、碳酸氢钠、氧化钙中的两种或者三种的混合物。
作为优选，制氢剂与固体催化剂的质量比为1：0.2~0.5。
所述的制氢反应为以下步骤：
（1）将制氢剂与固体催化剂通过搅拌、压片制成成型混合物，放置在无纺布中；作为优选，将放置在无纺布中的成型混合物按照重量称好各组分，热压封口，真空包装，待使用时，直接拆封，投入水中即可反应。
（2）将无纺布及无纺布中的成型混合物在常温下放入水中进行水解反应。作为优选，成型混合物与水的质量比为1：5~15。
铝表面有一层致密的氧化薄膜三氧化二铝，制氢剂与水接触后首先是三氧化二铝与催化剂中的碱性物质反应生成偏铝酸钠和水，从而破坏了铝表面的保护层。然后铝与水反应生成氢氧化铝和氢气，而硬脂酸镁与羧甲基纤维素钠混合缓释剂、催化剂中各成份的比例及总体比例可以有效的控制产氢速率及产氢时间。本发明制氢过程可直接稳定获得安全可靠的氢气，避免了氢气的储存过程，并且可以根据产品需要调剂制氢剂与催化剂比例直接用于燃料电池发电，相对于传统的制氢技术，更便于利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明产生的氢气纯度高，氢气中不含有CO等气体，不会造成燃料电池电极催化剂中毒，可延长电池的使用寿命；
（2）不仅可以有效的溶解金属铝粉表面的氧化物，而且可以有效的控制产氢速率及时段；
（3）本发明中的催化剂为固体催化剂，采用无纺布包装，制氢过程中移动性不受限制，可直接用于制氢反应中控制反应速度；
（4）本发明中产生的氢气是低压氢气，相对于传统的制氢技术产生的高压氢气，更便于利用及安全性提高；
（5）本方法高效、廉价，并且产氢过程中无温室气体等污染物产生。
附图说明
图1为本发明加入固体催化剂制氢剂产氢速率图；
图2为传统铝水反应制氢产氢速率图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并予以实施，但所举实例不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种可控制制氢速度的制氢反应中固体催化剂主要为氢氧化钠、碳酸氢钠两种混合物，其中氢氧化钠质量分数为50%以及碳酸氢钠质量分数为50%。制氢剂中铝粉质量分数为79%，其余缓释剂等成分占比21%，缓冲剂由质量分数为5%的硬脂酸镁与质量百分比为95%的羧甲基纤维素钠混合组成，制氢剂比例与固体催化剂与为1：0.5。
以上混合物采用搅拌、压片等工艺将固体成分加工成片状，包装于无纺布中。使用时，将包有制氢剂与催化剂的无纺布包与常温水以1:10混合，水解反应持续约160min。
实施例2
一种可控制制氢速度的制氢反应中固体催化剂主要为氢氧化钠、碳酸氢钠及氧化钙三种混合物。其中，氢氧化钠质量百分比为40%，碳酸氢钠质量百分比为30%以及氧化钙质量百分比为30%；制氢剂中铝粉质量分数为80%，其余缓释剂等成分占比20%，缓冲剂由质量分数为1%的硬脂酸镁与质量百分比为99%的羧甲基纤维素钠混合组成，制氢剂与固体催化剂与比例为1：0.3。
以上混合物采用搅拌、压片等工艺将固体成分加工成片状，包装于无纺布中。
使用时，将包有制氢剂与催化剂的无纺布包与常温水以1：15混合，水解反应持续约160min，
实施例3：
一种可控制制氢速度的制氢反应中固体催化剂主要为氢氧化钠、氧化钙两种混合物，其中氢氧化钠质量分数为70%以及碳酸氢钠质量分数为30%。制氢剂中铝粉质量分数为90%，其余缓释剂等成分占比10%，缓冲剂由质量分数为10%的硬脂酸镁与质量百分比为90%的羧甲基纤维素钠混合组成，制氢剂比例与固体催化剂与为1：0.2。
以上混合物采用搅拌、压片等工艺将固体成分加工成片状，包装于无纺布中。使用时，将包有制氢剂与固体催化剂的无纺布包与常温水以1：5混合，水解反应持续约160min。
对比例
通过氢气流量计自动计量产氢速率及产氢量，实施例1~3水解试验中实时产氢速率如图1所示。结果显示制氢剂在10min左右达到最高反应速率，平均产气量为0.78ml/min，产气速率在50ml/min以上能维持50min。最终反应产物均留于无纺布中，直接取出即可。对比传统铝水反应制氢产氢速率图如图2所示。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的实施例，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种可控制制氢速度的制氢反应，其特征在于，所述的制氢反应为制氢剂在固体催化剂的作用下产生水解反应。
2.根据权利要求1所述的一种可控制制氢速度的制氢反应，其特征在于，制氢剂由铝粉、缓冲剂组成，制氢剂中铝粉的质量百分比为70~85%，缓冲剂的质量百分比为15~30%。
3.根据权利要求2所述的一种可控制制氢速度的制氢反应，其特征在于，缓冲剂为硬脂酸镁与羧甲基纤维素钠的混合物，其中硬脂酸镁与羧甲基纤维素钠的质量比为1：9~99。
4.根据权利要求1所述的一种可控制制氢速度的制氢反应，其特征在于，所述的固体催化剂选自氢氧化钠、碳酸氢钠、氧化钙中的两种或者三种的混合物。
5.根据权利要求1或2或3或4中任一项所述的一种可控制制氢速度的制氢反应，其特征在于，制氢剂与固体催化剂的质量比为1：0.2~0.5。
6.根据权利要求5所述的一种可控制制氢速度的制氢反应，其特征在于，所述的制氢反应为以下步骤：
（1）将制氢剂与固体催化剂通过搅拌、压片制成成型混合物，放置在无纺布中；
（2）将无纺布及无纺布中的成型混合物在常温下放入水中进行水解反应。
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