CN106477522B - 一种氢铝金属复合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢铝金属复合物。相对于100重量份的铝粉，所述复合物还包括0.1～0.3份的γ‑Al2O3、0.1～0.5份过氧化物引发剂、4～20份黏合剂、15～25份缓释剂。本发明利用铝粉与分散剂在γ‑Al2O3、引发剂及其他黏合剂与缓释剂组成均一地产氢复合物；解决了先前复合物在高温产氢过程中崩解速度过快，使釜内温度过高，压力过大现象；只采用一种金属粉末，即铝粉；反应过程中，铝粉不但是提高电子形成氢气的主要因素之一，其副产物还可以源源不断提供水汽产氢的催化剂，即γ‑Al2O3。提高了反应的持续性，进一步增加了产氢得率。

Description

一种氢铝金属复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及产生氢气用复合物，通过制备氢铝金属复合物，使其与水混合直接产生氢气，属于实时产氢的应用领域。
背景技术
氢气作为质子燃料电池的燃料之一，存在无毒、无味、能量比高等优点。但是当前质子燃料电池的燃料氢气主要是采用碳纤维瓶或者钢瓶储存后再使用；其他例如，采用用硼氢化钠、钠氢等危险化学品制造氢气；还有采用氧化硅-氧化铝复合氧化物接触，有水蒸气分子或水分子分离氢法。质子燃料电池发电机作为备用电源，长期放置存在氢气泄露现象，或者储存成本很高、危险等因素。
专利(CN200880001156)公开了一种使用产生氢气用组合物产生氢气的装置和产生氢气用组合物。所述装置仅通过自发的热化学反应而无需供电即可产生氢气，是一种便携式或固定的氢气发生器。其组合物包括氧化钙、氯化钙、氯化镁/碳酸氢钠、铝粉/氧化铝粉、铁粉/镁粉。该方法采用氧化钙提供反应起始热量，使产氢组合物在较快的速度下自发产生氢气。但由于氧化钙固体与水接触生成氢氧化钙，氢氧化钙在水中的溶解度很低，并与其他离子复合、络合形成难溶性的化合物覆盖在组合物上，致使反应的持续性、稳定性较差。此外，氧化钙与水结合产生的热量较高，远远大过需求反应起始温度，很容易致使反应釜内部的温度达到100℃，即产生的氢气温度达到100℃，加速了质子燃料电池的催化剂衰减，影响寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在应用上述装置的基础上进一步研发了一种氢铝金属复合物，替代原有组合物，以解决反应温度过热、产氢不稳定技术问题。所述复合物粉末在水介质条件下，能够持续、稳定的释放氢气；同时复合物粉末在高温条件下，逐步崩解的一致性。
本发明技术方案的详细阐述：
本发明所述的一种氢铝金属复合物，相对于100重量份的铝粉，所述复合物还包括0.1～0.3份的γ-Al2O3、0.1～0.5份引发剂、4～20份黏合剂、15～25份缓释剂。
优选方案，一种氢铝金属复合物，相对于100重量份的铝粉，所述复合物还包括0.1～0.3份的γ-Al2O3、0.1份引发剂、5份黏合剂、20份缓释剂。
进一步，所述引发剂为过氧化物类化学物。
所述引发剂为过氧化钠、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢中的一种。
所述粘合剂为四氟乙烯乳液、聚氨酯、硅胶组分A中的一种。
所述缓释剂为磷酸二氢钠、碳酸氢钠、硅胶组分B中的一种。
经过测试鉴定本发明选定的引发剂、黏合剂及缓释剂这几种组合的方式符合开发需求，而常规其他的引发剂、黏合剂及缓释剂的比表面积的达不到开发的需求。
例如1：其他的有机类的过氧化物引发剂的氧化性过大，如果混入氢铝金属复合物中，极容易在制氢的过程中发热严重，并产生其他废气(例如二氧化硫、二氧化碳)，影响产品的纯度及含量；
例如2：黏合剂与缓释剂在市场上有很多，根本性影响氢铝金属复合物产品产氢的重要功能是黏合剂与缓释剂的比表面积与吸附力。从研发的过程测试中，上述的三种组合是开发出的相对最佳的三个方案。而其他的不是因为表面积过大、或者价格等因素而舍去。本发明还提供所述氢铝金属复合物的制备方法，其制备具体过程如下：
1)将100份的铝粉倒入分散釜中，倒入无水乙醇；
2)再将0.1～0.3份的γ-Al2O3、0.1～0.5份引发剂、缓慢倒入釜内；
3)在氮气保护气氛下，6000～8000rpm高速分散30分钟后，按照0.01mL～0.1mL速度滴加4～20份黏合剂，整个混合物成为相对均一的混合液。
4)继续高速分散10～20分钟后，加入15～25份缓释剂，利用重力作用，混合物逐渐沉降；
5)在氮气保护下，过滤出混合物，并按照特定需要制成不同形貌的颗粒，即所述氢铝金属复合物。
上述复合物能够进一步提速产氢起始时间，并有效提高产氢复合物的总产氢率。引发剂、黏合剂、缓释剂形成的粉末复合物与水接触能够迅速发生自氧化反应，产生热与氢气，在γ-Al2O3存在条件下，进一步促进水汽转化为所需氢气，提高了产氢得率。自发性化学反应是从外层向内助剂递进反应，有效的控制了反应过热及反应釜中气压过高现象，提高了安全性、降低了产氢设备制造难度及成本。
金属粉末就采用一种——即为铝粉。采用铝粉的好处是，铝粉在高温的条件下，与水发生反应，自动生成少量γ-Al2O3，远远不断为后续反应提供反应催化剂。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
1、利用铝粉与分散剂在γ-Al2O3、引发剂及其他黏合剂与缓释剂组成均一地产氢复合物；解决了先前复合物在高温产氢过程中崩解速度过快，使釜内温度过高，压力过大现象；
2、只采用一种金属粉末，即铝粉；反应过程中，铝粉不但是提高电子形成氢气的主要因素之一，其副产物还可以源源不断提供水汽产氢的催化剂，即γ-Al2O3。提高了反应的持续性，进一步增加了产氢得率。
附图说明
图1是实例1方案实际制备的产品平行测试结果1。
图2是实例1方案实际制备的产品平行测试结果2。
图3是实例1方案实际制备的产品平行测试结果3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明
应用专利(CN200880001156)公开的一种使用产生氢气用复合物产生氢气的装置，进一步研发了一种氢铝金属复合物，替代原有复合物，以解决反应温度过热、产氢不稳定技术问题。
实施例1：
1、将100份的铝粉倒入分散釜中，倒入100Kg无水乙醇；
2、再将0.1～0.3份的γ-Al2O3、0.1～0.5份的过氧化钠、缓慢加入釜内；
3、在氮气保护气氛下，6000～8000rpm高速分散30分钟后，按照0.01mL～0.1mL速度滴加4～20份聚四氟乙烯乳液，整个混合物成为相对均一的乳浊液。
4、继续高速分散10～20分钟后，加入15～25份磷酸二氢钠；分散20分钟后，利用重力作用，混合物逐渐沉降；
5、在氮气保护下，过滤出混合物，并按照特定需要制成不同形貌的颗粒，即所述氢铝金属复合物。
图1～图3是实例1方案实际制备的产品平行测试结果。图1至图3说明产品的稳定达到了开发需求。第一：起始速度之前需要500～600秒才能有氢气释放，从图鉴定出现有工艺已经提升至40秒就有大量氢气产生；第二：产氢的平均速率已经提升至 12.57L/min；第三：单位氢铝金属复合物经完全反应后产氢总量提升至1197L/kg。
实施例2
1、将100份的铝粉倒入分散釜中，倒入100Kg无水乙醇；
2、再将0.1～0.3份的γ-Al2O3、0.1～0.5过硫酸铵、缓慢加入釜内；
3、在氮气保护气氛下，6000～8000rpm高速分散30分钟后，按照0.01mL～0.1mL速度滴加4～20份聚氨酯，整个混合物成为相对均一的混合液。
4、继续高速分散10～20分钟后，加入15～25份碳酸氢钠利用重力作用，混合物逐渐沉降；
5、在氮气保护下，过滤出混合物，并按照特定需要制成不同形貌的颗粒，即所述氢铝金属复合物。
实施例3
1、将100份的铝粉倒入分散釜中，倒入100Kg无水乙醇；
2、再将0.1～0.3份的γ-Al2O3、0.1～0.5叔丁基过氧化氢、缓慢倒入釜内；
3、在氮气保护气氛下，6000～8000rpm高速分散30分钟后，按照0.01mL～0.1mL速度滴加液体4～20份硅胶组分A，整个混合物成为相对均一的乳浊液。
4、继续高速分散10～20分钟后，滴加液体15～25份硅胶组分B与利用重力作用，混合物逐渐沉降；
5、在氮气保护下，过滤出混合物，并按照特定需要制成不同形貌的颗粒，即所述氢铝金属复合物。
实施例1～3所述复合物的产氢速度即总量如下表：
表1
表1为上述三个具体实例所制备出的氢铝金属复合物的实际产氢测试结果。结果表明经过优化后的三组相对于先前专利产氢平均速率与产氢总量上有较大的提升。
本发明产品的组要成分配比对反应起始时间和产氢量的影响，见下表：
表2
表2结果表明：
1、该发明的产品的主要成份中的黏合剂及缓释剂的比例不同对产品的影响度是较大的；主要表现有两点：第一是反应起始时间不同、产氢总量的不同；
2、通过表2中1、2、3对比，得出在同等含量的铝粉、γ-Al2O3、引发剂及缓释剂条件下，黏合剂的比例越低反应起始时间越快、产氢总量越大；
3、通过表2中1、4、5对比，得出在同等含量的铝粉、γ-Al2O3、引发剂及黏合剂条件下，缓释剂的比例越低反应起始速率越快，产品总量越大。
4、经过表2的筛选，表2的方案1是相对最佳的配方组合。
实施例1～3所述复合物及先前专利组合物的产氢速率等效果数据如下表：
表3
本发明通过配套设备产生充足的氢气供给质子燃料电池产电使用，作为质子燃料电池汽车的增程器使用，具有巨大的市场推广价值。例如，3Kw质子燃料电池备用电源所需要的氢气量通常需要1小时约240L氢气，实际该备用电源随时放置氢气储氢罐在旁边是非常危险的，且氢气在储存的过程中随时存在轻微泄露现象。将本发明的技术配套质子燃料电池控制系统，需要氢气发电时才产生氢气，不需要的时候可立即关闭。该技术降低了质子燃料电池备用电源氢气储存危险，并提供了偏远区域氢气无法运输供给的解决方案。

Claims (3)

1.一种氢铝金属复合物，其特征在于，相对于100重量份的铝粉，所述复合物还包括0.1~0.3份的、0.1~0.5份引发剂、4~20份黏合剂、15~25份缓释剂；所述引发剂为过氧化钠、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢中的一种；所述粘合剂为聚四氟乙烯乳液时所述缓释剂为磷酸二氢钠；所述粘合剂为聚氨酯时所述稀释剂为碳酸氢钠。
2.根据权利要求1所述的氢铝金属复合物，其特征在于，相对于100重量份的铝粉，所述复合物还包括0.1~0.3份的、0.1份引发剂、5份黏合剂、20份缓释剂。
3.权利要求1所述氢铝金属复合物的制备方法，其特征在于，所述复合物制备具体过程如下：
1）将100份的铝粉倒入分散釜中，倒入无水乙醇；
2）再将0.1~0.3份的、0.1~0.5份引发剂，缓慢倒入釜内；
3）在氮气保护气氛下，6000~8000rpm高速分散30分钟后，按照0.01mL ~0.1mL速度滴加4~20份黏合剂，整个混合物成为均一的混合液；
4）继续高速分散10~20分钟后，加入15~25份缓释剂，利用重力作用，混合物逐渐沉降；
5）在氮气保护下，过滤出混合物，并按照特定需要制成不同形貌的颗粒，即所述氢铝金属复合物。
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