CN110127614B - 一种分散-催化MgH2储氢粉体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分散‑催化MgH2储氢粉体的方法。该方法以一定质量百分比的海泡石作为分散‑催化添加剂，将其与MgH2混合并通过高能球磨复合而成。其具体过程主要为：将海泡石与MgH2按质量比10:100～30:100的比例混合，采用高能球磨法在真空或氩气惰性气体保护条件下对混合物进行机械球磨，球磨机转速为800～1000r/min，球料比为30:1～50:1，球磨时间为2～4h，每球磨0.5～1h，球磨机停歇15～30min。本发明有效利用了海泡石的多孔结构与催化性能，显著分散细化了MgH2储氢粉体，使其颗粒分散均匀，且具有细化的颗粒与晶粒尺寸；同时，在海泡石催化作用下，MgH2放氢温度得到降低。该方法操作简单，能耗少，成本低，在制备超细、低放氢温度MgH2储氢粉体方面具有理想的应用前景。

Description

一种分散-催化MgH2储氢粉体的方法
技术领域
本发明涉及储氢材料领域，具体涉及一种分散-催化MgH2储氢粉体的方法。
背景技术
随着人类社会的发展，人们对能源的需求日益增大。传统化石燃料具有不可再生特性、且燃烧产物会污染环境。因此，急需寻求新的清洁可再生能源。氢能因其含量丰富，能够利用太阳能、风能、潮汐能和生物质能等分解水来制取，是一种可再生的二次新能源，且其燃烧产物清洁无污染。显然，合理开发并利用氢能源对解决当今世界面临的能源短缺、环境污染等问题具有重要意义。
氢能的开发与应用主要涵盖三大关键环节：氢的制取、氢的储存、氢的应用。目前，氢能源在氢燃料汽车、氢燃料电池和二次碱性电池等领域中具有很大的应用前景。然而，在氢气的储氢方面受到了制约。目前，主要的储氢方式为高温气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。其中，在固态储氢方式中，氢化镁(MgH2) 材料因具有高储氢密度(7.6wt％)、价廉、资源丰富、可靠性高等优点，被认为是极具发展潜力的固态储氢材料之一。然而，MgH2放氢温度偏高、放氢速率缓慢等问题限制了它的应用。为改善MgH2的放氢性能，国内外学者开展了大量的改性研究并取得了阶段性进展。
研究表明，通过催化剂掺杂改性是改善MgH2放氢性能的有效手段之一。目前，研究人员使用的催化剂大多数是过渡族金属、金属氧化物、金属间化合物、金属卤化物和碳素材料等。大量研究结果表明，这些催化剂的掺杂可显著降低 MgH2的放氢温度、提高其反应速率。但由于MgH2及催化剂在吸放氢循环过程中容易聚集或团聚，从而使其吸放氢循环稳定性较差。因此，寻找一种可分散细化MgH2且对MgH2具有一定催化效果的分散-催化添加剂，是改善MgH2综合储氢性能的关键。
海泡石属于一种斜方晶系链层状水镁硅酸盐或镁铝硅酸盐矿物，其理论结构式为Si12Mg8O30(OH)4(H2O)4·8H2O。晶体结构包含2层硅氧四面体，中间1层为镁氧八面体，形成2∶1的层状结构。特殊的多孔结构使海泡石具有强离子交换能力和大比表面积，使其拥有较好的吸附性能和催化性能，以及成为催化剂载体的良好条件；同时，海泡石含量丰富，价格成本低。因此，引入海泡石不乏是一种可分散细化MgH2、且催化其放氢的有效方式。
发明内容
本发明的目的在于发现一种分散-催化MgH2储氢粉体的方法。该方法主要是将MgH2与海泡石进行高能球磨，从而得到一种分散细化且具有较低放氢温度的MgH2/海泡石储氢复合体系。
本发明的MgH2/海泡石储氢复合材料是以一定质量百分比的海泡石作为分散-催化添加剂，并将其与MgH2高能球磨复合而成。
所述的MgH2/海泡石储氢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在真空或氩气气氛条件下的手套箱中，将海泡石与MgH2按质量比为 10:100～30:100的比例混合，放入球磨罐中密封；
(2)然后将球磨罐中的混合物在高能振动球磨机上进行球磨；
(3)球磨机转速为800～1000r/min，球料比为30:1～50:1，球磨时间为2～4h；
(4)为防止长时间球磨过程中罐体温升过高导致样品烧结，每球磨0.5～1h，球磨机便停歇15～30min。
步骤(3)所述的球磨机转速为1000r/min，球料比为30:1，球磨时间为2h。
本发明与现有技术相比较具有以下优点：
(1)利用海泡石的多孔结构和催化性能有效分散-催化MgH2储氢粉体。当球磨时间为2h，球磨机转速为1000r/min，球料比为30:1时，MgH2/10wt％海泡石储氢复合体系中的MgH2的晶粒和颗粒尺寸比纯MgH2球磨体系更细小均匀，团聚现象减弱，且其放氢温度降低；
(2)本发明使用的原材料属于商业化产品，含量丰富，容易获得,且价格便宜；
(3)制备工艺和设备简单，操作方便，能源消耗少，制备成本低，在制备超细、低放氢温度MgH2储氢粉体方面具有理想的应用前景。
附图说明
图1为本发明获得的纯MgH2(a)，MgH2/10wt％海泡石储氢复合材料(b)的 XRD图谱。
图2为本发明获得的纯MgH2(a)，MgH2/10wt％海泡石储氢复合材料(b)的SEM照片。
图3为本发明获得的纯MgH2(a)，MgH2/10wt％海泡石储氢复合材料(b)的 TEM照片。
图4为本发明获得的纯MgH2(a)，MgH2/10wt％海泡石储氢复合材料(b)的 DSC曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例1对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明实施例利用添加一定质量百分比的海泡石来分散-催化MgH2储氢粉体，改善MgH2的放氢性能。所用材料包括MgH2和海泡石。本发明主要按照以下步骤实现：
实施例1
(1)向充分干燥的纯度为98wt％的MgH2粉末中加入10wt％充分干燥的纯度为97wt％的海泡石粉末，将上述混合粉末与30g直径为10mm的不锈钢钢球一同加入球磨罐中；
(2)以1000r/min的转速对(1)中的混合粉末机械球磨2h，球磨周期为2次，每个周期球磨时间为1h，完成一个周期后停机冷却15min。球磨之后得到 MgH2/10wt％海泡石储氢复合材料；
(3)为便于比较，采用相同工艺制备纯MgH2球磨体系，对上述两种材料进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、差示扫描量热分析(DSC)表征和对比。
上述过程中制备的样品为MgH2/10wt％海泡石储氢复合材料。如图1所示，球磨2h后，纯MgH2(见图1(a))和MgH2/10wt％海泡石体系(见图1(b))的主要成分大致相近，均以α-MgH2为主相，并含有少量的γ-MgH2。相比于球磨后的纯 MgH2，MgH2/10wt％海泡石体系α-MgH2特征峰强度有所降低，这表明MgH2晶粒尺寸有减小。同时，值得注意的是，衍射图谱中没有新的物相生成，说明球磨时MgH2与海泡石两者间只存在简单的机械混合，而没有发生化学反应。如图2 所示，球磨2h后，纯MgH2(见图2(a))与MgH2/10wt％海泡石(见图2(b))体系均为尺寸大小及形貌不规则的颗粒。从图2(a)可知，纯MgH2经球磨后的颗粒尺寸主要集中于0.1-2um区段，且存在较严重的团聚现象；掺杂10wt％海泡石后，如图2(b)所示，出现了大量被细化的小颗粒，分散更加均匀，说明纯MgH2大颗粒被细化了，且颗粒团聚现象呈现出降低的趋势。如图3所示，球磨2h后， MgH2/10wt％海泡石体系(见图3(b))较纯MgH2体系(见图3(a))的颗粒更加细小，分散更均匀，团聚现象有所降低。如图4所示，球磨2h后，MgH2/10wt％海泡石体系(见图4(b))较纯MgH2体系(见图4(a))的初始放氢温度降低了10℃左右，说明海泡石的掺杂对MgH2有一定的催化作用，能够适当降低放氢温度，改善放氢性能。由此可见，采用本工艺制备的MgH2/海泡石储氢复合材料可以有效利用海泡石的多孔结构和催化性能，分散-催化MgH2储氢粉体，降低其放氢温度，从而改善其综合储氢性能。

Claims (2)

1.一种分散-催化MgH2储氢粉体的方法，其特征在于：该储氢粉体是以一定质量百分比的海泡石作为分散-催化添加剂，将其与MgH2高能球磨复合而成，表示为MgH2/xwt％海泡石，x＝10～30；
所述方法包括以下步骤：
(1)在真空或氩气气氛条件下，将海泡石与MgH2按质量比为10:100～30:100的比例混合，放入球磨罐中密封；
(2)然后将球磨罐中的混合物在高能振动球磨机上进行球磨；
(3)球磨机转速为800～1000r/min，球料比为30:1～50:1，球磨时间为2～4h；
(4)为防止长时间球磨过程中罐体温升过高导致样品烧结，每球磨0.5～1h，球磨机便停歇15～30min；
所述方法得到的MgH2/海泡石储氢复合粉体具有分散细化的MgH2颗粒与晶粒，且在海泡石催化作用下，MgH2放氢温度得到降低。
2.权利要求1所述的一种分散-催化MgH2储氢粉体的方法，所述步骤(3)中的球磨机转速为1000r/min，球料比为30:1，球磨时间为2h。
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