CN109748239A - 一种高产氢效率的活性金属镁复合物及其制备方法 - Google Patents

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杨荣杰
肖飞
李建民
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Abstract

本发明公开了一种高产氢效率的活性金属镁复合物及其制备方法，属于氢气制备技术领域。本发明采用高能球磨的方法，将金属镁粉和低熔点金属(Sn、Bi、In、Zn、Ga)置于球磨机中球磨而得到。本发明所制备的含低熔点金属的活性金属镁复合物具有制备方法简单、制备过程绿色无污染，并且其所制备的活性金属镁复合物可以在常温下和水高效快速发生反应。

Description

一种高产氢效率的活性金属镁复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高产氢效率的活性金属镁复合物及其制备方法，属于氢气制备技术领域。
背景技术
氢气由于具有能量密度高，燃烧清洁无污染，含量丰富等特点而有望取代传统的化石燃料。所以，国内外对于氢能的开发和应用均给予越来越多的重视。目前制备氢气的方法主要包括化石燃料气体化，水或醇的电解，化学方法制备等，而这些方法存在成本高、效率低、以及制备过程中存在化学污染等缺点。所以，寻求一种简洁、快速、无污染的氢气制备方法成为一个亟待解决的问题。
不同于其它制备氢气的方法，金属水解制备氢气，因为其制备方法快速、简便以及无污染等特点而受到越来越多的关注。同时，金属镁由于具有能量密度高、价格低廉等优势而有望应用于金属水解制氢中。然而和铝一样，金属镁颗粒表层也有一层较为致密的氧化膜，所以使得金属镁的活性降低，无法直接和水发生反应。所以，如何有效地提升镁粉的活性具有重大的应用意义。
为了提高金属镁的活性，尤其是镁与水反应的活性，国内外做了大量的研究。研究发现，通过机械球磨法以及通过掺杂金属或者化合物可以使得金属镁的活性提升。在球磨过程中，磨球会通过物理作用挤压镁颗粒，镁由于其良好的延展性而发生焊接作用，同时磨球也会使得发生形变的镁颗粒破裂，所以球磨过程会使得镁内部产生很多缺陷、错位和裂纹，使得镁粒子的比表面积增大，同时可以有效破除镁颗粒表面致密的氧化膜，增加了镁的反应活性。此外，通过在镁中掺杂一些金属或者化合物也可以有效地增加镁的活性。然而，大量的活性镁基材料虽然可以和水发生反应，但是较低的反应速率以及产氢效率使得这些材料很难被应用。所以，探索一种可以快速和水反应并高效制取氢气的活性金属镁材料，具有十分重要的意义及应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种高产氢效率的活性金属镁复合物及其制备方法，这对于制备氢气领域有重大意义。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供一种具有高产氢效率的活性金属镁复合物及其制备方法，该复合物包括金属镁粉、低熔点金属(Sn、Bi、In、Zn、Ga)；其中金属镁粉占复合物总质量的70％-95％，余量为低熔点金属(Sn、Bi、In、Zn、Ga)的一种或几种。
一种具有高产氢效率的活性金属镁复合物及其制备方法，该方法的步骤包括：将镁粉、低熔点金属和保护溶剂加入到球磨罐中进行球磨，得到球磨粉，将得到的球磨粉过筛分离，筛出物密闭保存。
有益效果
(1)本发明用金属镁粉和低熔点金属经过简单的机械球磨法制备了一种具有高产氢效率的含低熔点金属的活性金属镁复合物。
(2)本发明首次将金属镁粉和低熔点金属应用于水反应活性金属中，低熔点金属可以和镁形成原电池反应，同时机械球磨法可以使镁粒子内部产生很多缺陷、错位和裂纹，增加和水反应的活性。
(3)本发明所制备的具有高产氢效率的含低熔点金属的活性金属镁复合物在室温下均可以和水快速进行水解反应制备氢气。
(4)本发明所制备的具有高产氢效率的含低熔点金属的活性金属镁复合物的产氢效率均在90％以上。
(5)本发明的具有高产氢效率的含低熔点金属的活性金属镁复合物，制备过程绿色，无污染，所制备的氢气可以随时通过氢气存储设备进行存储，具有高效、快速、随时随地制取等优点，同时减少了氢气存储，运输等过程中的许多问题。
附图说明
图1为本发明所制备的含低熔点金属的活性金属镁复合物的扫描电镜图。
图2为本发明所制备的含低熔点金属的活性金属镁复合物在不同温度条件下与水反应的产氢曲线图。
具体实施方式
实施例1
将45g镁粉、5g铟粉加入到球磨罐中，加入正己烷作为保护溶剂，采用球质比为20:1，球磨机转速为800r/min，球磨时间为5h的条件进行球磨。球磨结束后，冷却30min，将磨好的金属粉过筛分离，即可制得本发明的活性金属镁复合物，然后将活性金属粉用密闭容器放置保存。
取0.5g上述制备的活性金属镁复合物和20mL海水反应，水温为30℃，迅速发生水解反应，产生氢气，其最大产氢速率为7.4mL·s-1·g-1，产氢体积为867mL,产氢转换产率为93％。
实施例2
将35g镁粉、10g铋粉加入到球磨罐中，加入正己烷作为保护溶剂，采用球质比为20:1，球磨机转速为800r/min，球磨时间为5h的条件进行球磨。球磨结束后，冷却30min，将磨好的金属粉过筛分离，即可制得本发明的活性金属镁复合物，然后将活性金属粉用密闭容器放置保存。
取1g上述制备的活性金属镁复合物和20mL蒸馏水反应，水温为20℃，迅速发生水解反应，产生氢气，其最大产氢速率为1.4mL·s-1·g-1，产氢体积为840mL,产氢转换产率为90％。
实施例3
将80g镁粉、20g锡粉加入到球磨罐中，加入正己烷作为保护溶剂，采用球质比为20:1，球磨机转速为800r/min，球磨时间为5h的条件进行球磨。球磨结束后，冷却30min，将磨好的金属粉过筛分离，即可制得本发明的活性金属镁复合物，然后将活性金属粉用密闭容器放置保存。
取1g上述制备的活性金属镁复合物和20mL自来水反应，水温为20℃，迅速发生水解反应，产生氢气，其最大产氢速率为3.4mL·s-1·g-1，产氢体积为850mL,产氢转换产率为91％。
实施例4
将45g镁粉、5g锌粉加入到球磨罐中，加入正己烷作为保护溶剂，采用球质比为20:1，球磨机转速为800r/min，球磨时间为5h的条件进行球磨。球磨结束后，冷却30min，将磨好的金属粉过筛分离，即可制得本发明的活性金属镁复合物，然后将活性金属粉用密闭容器放置保存。
取1g上述制备的活性金属镁复合物和20mL海水反应，水温为20℃，迅速发生水解反应，产生氢气，其最大产氢速率为4.3mL·s-1·g-1，产氢体积为886mL,产氢转换产率为95％。

Claims (5)

1.本发明提供一种高产氢效率的活性金属镁复合物及其制备方法，其特征在于：其中金属镁粉占复合物总质量的70％-95％，余量为低熔点金属(Sn、Bi、In、Zn、Ga)的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种具有高产氢效率的含低熔点金属的活性金属镁复合物：所述的低熔点金属可以为低熔点金属Sn、Bi、In、Zn、Ga中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种具有高产氢效率的含低熔点金属的活性金属镁复合物：所述的镁粉和低熔点金属为粒径在1-300μm的金属粉。
4.根据权利要求1所述的一种具有高产氢效率的含低熔点金属的活性金属镁复合物的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：将镁粉、低熔点金属和保护溶剂加入到球磨罐中进行球磨，球质比为20:1，球磨机转速为100-1000r/min，球磨时间为0.5-10小时，得到球磨粉，将得到的球磨粉过筛分离，筛出物密闭保存。
5.根据权利要求1所述的一种具有高产氢效率的含低熔点金属的活性金属镁复合物的制备方法，其特征在于：保护溶剂为正己烷、石油醚或乙酸乙酯。
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Title
ZHONG, HAO, ET AL.: "Microstructure and hydrogen storage properties of Mg–Sn nanocomposite by mechanical milling", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *

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