CN110065927A - 一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法 - Google Patents

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李建民
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Abstract

本发明公开了一种具有高产氢速率的Al‑Bi‑C复合物，属于制备氢气领域。该Al‑Bi‑C复合物中金属铝粉占复合物总质量的70％‑95％，碳材料占复合物总质量的1％‑15％，余量为金属铋。本发明采用高能球磨的方法，将上述质量分数的金属铝，金属铋和碳材料置于球磨机中球磨而得到。本发明所制备的Al‑Bi‑C复合物具有制备方法简单，可以在常温下和水高效快速反应的特点。

Description

一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法，属于制备氢气技术领域。
背景技术
近些年来，氢气由于具有能量密度高，含量丰富，燃烧产物绿色无污染等优点而受到了广泛的关注。同时氢气也有望应用于应用于军事，航天，通讯等特殊领域的燃料电池的氢源。传统的氢气制备方法包括碳氢化合物制备，氨裂解，水电解等方法，这些方法虽然可以大量制备氢气，但是氢气的运输以及在特殊领域的应用存在较大的问题。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。
金属/水反应由于具有制备方法简单以及绿色无污染等优点而受到越来越多的关注。其中，金属铝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领域中。理论上，1g铝在标准状况下和水发生反应可以产生1.36L氢气。然而，金属铝表层有一层较为致密的氧化膜，使金属铝的活性降低，无法直接和水发生反应。所以，如何有效地提升铝的活性具有重大的应用意义。
通过球磨法在金属铝中添加不同的物质，比如：金属氧化物，氯化物，以及碳材料等可以有效地增加铝粉的反应活性，使铝可以和水发生反应。然而，大量的铝复合材料虽然可以和水发生反应，但是这些材料的水解反应速率缓慢，无法应用于快速制取氢气领域。所以，寻求一种可以快速与水发生反应的铝复合物，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，提出一种具有高产氢速率的Al-Bi-C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速率的Al-Bi-C复合物，该复合物包括金属铝粉(Al)、金属铋粉(Bi)和碳材料(C)；其中金属铝粉占复合物总质量的70％-95％，碳材料占复合物总质量的1％-15％，余量为金属铋。
一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物的制备方法，该方法的步骤包括：将铝粉、铋粉、碳材料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，筛出物放置保存。
有益效果
(1)本发明用铝粉、铋粉和碳材料经过简单的机械球磨法制备了一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物。
(2)本发明首次将金属铝粉和铋粉以及碳材料应用于水反应活性金属中，碳材料可以增加Al-Bi-C复合物粒子的比表面积，金属Bi可以和铝形成原电池反应，增加和水反应的活性。
(3)本发明所制备的具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物在室温下进行水解反应制备氢气，最大产氢速率在30℃条件下可以达到23.3mL·s-1·g-1。
(4)本发明的具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物水解制备氢气的方法简便，在室温下和普通的自来水即可以直接快速反应，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为本发明所制备得到的Al-Bi-C复合物在20℃条件下与自来水反应的产氢曲线图。
具体实施方式
实施例1
将45g铝粉、2g石墨粉、3g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Al-Bi-C复合物，然后将活性金属粉放置保存。
取1g上述制备的Al-Bi-C复合物置于20mL自来水中，水温为20℃，迅速发生水解反应，产生氢气，其最大产氢速率达到15mL·s-1·g-1，产氢体积为955mL。
实施例2
将90g铝粉、2.5g石墨烯和7.5g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Al-Bi-C复合物，然后将活性金属粉放置保存。
取1g上述制备的Al-Bi-C复合物置于30mL自来水中，水温为30℃，迅速发生水解反应，产生氢气，其最大产氢速率达到23.3mL·s-1·g-1，产氢体积为960mL。
实施例3
将90g铝粉、5g碳纳米管和5g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Al-Bi-C复合物，然后将活性金属粉放置保存。
取1g上述制备的Al-Bi-C复合物置于20mL自来水中，水温为50℃，迅速发生水解反应，产生氢气，其最大产氢速率达到27mL·s-1·g-1，产氢体积为930mL。
实施例4
将90g铝粉、7g膨胀石墨和3g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Al-Bi-C复合物，然后将活性金属粉放置保存。
取1g上述制备的Al-Bi-C复合物材料置于20mL自来水中，水温为20℃，迅速发生水解反应，产生氢气，其最大产氢速率达到21mL·s-1·g-1，产氢体积为945mL。

Claims (6)

1.一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法，其特征在于：该Al-Bi-C复合物中金属铝粉占复合物总质量的70％-95％，碳材料占复合物总质量的1％-15％，余量为金属铋。
2.根据权利要求1所述的一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法，其特征在于：所述的铝粉为粒径为1-50μm的球形铝粉。
3.根据权利要求1所述的一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法：所述的碳材料可以为石墨，可膨胀石墨，石墨烯，碳纳米管等碳材料中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：将铝粉、碳材料、金属铋、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即可以得到所述的Al-Bi-C复合物。
5.根据权利要求1所述的一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法，其特征在于：球质比为20:1，球磨时间为5小时，球磨机转速为800r/min。
6.根据权利要求1所述的一种具有高产氢速率的Al-Bi-C复合物及其制备方法，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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