CN111204708B - 一种水解制氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制氢技术领域，具体公开一种水解制氢方法。所述水解制氢方法具体是将镁粉置于含有醋酸盐的电解质溶液中进行反应，并收集产生的气体，所述醋酸盐为醋酸锰和醋酸镍中的至少一种，所述电解质溶液中醋酸盐的浓度为0.01‑3.5M，所述镁粉中的镁与所述醋酸盐的摩尔比为40‑50:1‑350。本发明的制氢过程，操作简单、原料易储存，镁粉无需前期处理，大大降低制氢成本，整个过程操作简单，产氢速率和收率都很高。
Description
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，尤其涉及一种水解制氢方法。
背景技术
氢能具有较高的能量密度以及环境友好等特点，其作为一种新能源受到了广泛关注。
目前的制氢技术中包括氢化物水解制氢(NaBH4、MgH2等)和金属-水反应制氢。金属氢化物较活泼，保存条件苛刻，若保存不当会影响产氢效率。现阶段采用的金属-水反应制氢主要包括铝或镁与水反应、铝或镁复合物与水反应，以及铝或镁合金-水反应制氢。采用这几种方法制备的材料与水反应后，产氢量较高，但是这些合金作为制氢原料均需要前期的熔炼或球磨合成，且熔炼和磨球过程中还需要加入贵重金属，提高生产成本。另外，镁金属表面的氧化膜较铝表面氧化膜容易被破坏，更易于与水反应。因此，为了降低生产成本以及快速产生高纯氢气，探索新的制氢方法具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有制氢方法存在生产成本高和产氢速率低的问题，本发明提供一种水解制氢方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种水解制氢方法，将镁粉置于含有醋酸盐的电解质溶液中进行反应，并收集产生的气体，所述醋酸盐为醋酸锰和醋酸镍中的至少一种，所述电解质溶液中醋酸盐的浓度为0.01-3.5M，所述镁粉中的镁与所述醋酸盐的摩尔比为40-50:1-350。
相对于现有技术，本发明提供的水解制氢方法，按一定比例，将镁粉置于含有醋酸盐的电解质溶液中，利用镁粉将醋酸盐溶液中的锰或镍置换出来，置换出来的锰或镍单质，可在溶液中与剩余的镁形成微电池，具有一定的催化加速作用，可加速镁的腐蚀，加快氢气的产生；另一方面，置换出的部分金属单质可与水继续反应产生氢气，实现了在弱碱条件下快速获得高纯度和高容量的氢气，整个过程不会对容器产生任何腐蚀和损坏；以醋酸盐溶液作为电解质溶液，在限定的浓度下进行制氢反应，可免去原料中镁粉的前期熔炼或球磨过程，镁粉可使用普通镁单质，且锰和镍的醋酸盐溶液稳定性好，易储存，大大降低制氢成本，整个过程操作简单，产氢速率和收率都显著提高。
优选的，所述镁粉的纯度≥90％，粒径为50-200μm。
优选的，所述电解质溶液中醋酸盐的浓度为0.2-3.5M。
优选的，反应温度为25-50℃。
优选的，所述反应温度为30-40℃。
上述优选的反应温度，可进一步加快置换反应速率，同时有助于提高接下来的金属-水反应产氢速率和产氢量。
优选的，所述醋酸盐为醋酸锰。
镁与Mn2+离子反应，置换出Mn单质，生成的Mn仍能与水反应，产生氢气。Mg与Mn2+的反应消耗了Mg，然而Mn与水反应产生氢气，这一反应过程中产生的氢气总量没有减少，反而略高于理论产氢量。
优选的，所述醋酸锰在电解质溶液中的浓度为0.5-2M，所述镁粉中镁与所述醋酸锰的摩尔比为4-5:2-20。
上述比例/浓度的镁粉与醋酸锰的结合，进一步提高产氢速率的同时，还可以避免其它杂志气体的产生，使收集的氢气纯度达到99％以上。
优选的，所述收集产生的气体的方法为排水集气法。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在35℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于35ml浓度为0.75M的Mn(Ac)2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
实施例2
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在35℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于40ml浓度为0.75M的Ni(Ac)2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
实施例3
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在35℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于40ml的Mn(Ac)2+Ni(Ac)2溶液中，其中Mn(Ac)2的浓度为0.5M，Ni(Ac)2为0.25M，采用排水集气法收集氢气。
实施例4
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在25℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于35ml浓度为0.5M的Mn(Ac)2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
实施例5
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在30℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于35ml浓度为0.2M的Mn(Ac)2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
实施例6
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在40℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于35ml浓度为2M的Mn(Ac)2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
实施例7
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在50℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于35ml浓度为3.5M的Mn(Ac)2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
对比例1
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在35℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于35ml浓度为0.75M的MnCl2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
对比例2
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在20℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于35ml浓度为0.75M的Mn(Ac)2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
对比例3
一种水解制氢方法，包括以下步骤：
在55℃下，将0.4g纯度≥90％、粒径在50-200μm的镁粉置于35ml浓度为0.75M的Mn(Ac)2溶液中，采用排水集气法收集氢气。
检测实施例1-24和对比例1-3的水解制氢方法15min内的产氢效率，检测结果如表1所示：
表1制氢检测结果
其中，理论产氢量的计算方法为：pV＝nRT，T＝298K，R＝8.314，p＝101325Pa，n为Mg的摩尔量，V为产氢体积m3，由此计算出加入1g Mg的理论产氢量为V＝1020mL；产氢效率为实际产氢量与理论产氢量的百分比值。
由表1中的数据可知，本申请的制氢方法的产氢效率在90％以上，部分甚至达到了100％以上，产氢气纯度均在99％以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水解制氢方法，其特征在于：将镁粉置于含有醋酸盐的电解质溶液中进行反应，并收集产生的气体，所述醋酸盐为醋酸锰和醋酸镍中的至少一种，所述电解质溶液中醋酸盐的浓度为0.01-3.5M，所述镁粉中的镁与所述醋酸盐的摩尔比为40-50:1-350，所述反应温度为25-50℃。
2.如权利要求1所述的水解制氢方法，其特征在于：所述镁粉的纯度≥90％，粒径为50-200μm。
3.如权利要求1所述的水解制氢方法，其特征在于：所述电解质溶液中醋酸盐的浓度为0.2-3.5M。
4.如权利要求1所述的水解制氢方法，其特征在于：所述反应温度为30-40℃。
5.如权利要求1所述的水解制氢方法，其特征在于：所述醋酸盐为醋酸锰。
6.如权利要求5所述的水解制氢方法，其特征在于：所述醋酸锰在电解质溶液中的浓度为0.2-2M，所述镁粉中的镁与所述醋酸锰的摩尔比为4-5:2-20。
7.如权利要求1所述的水解制氢方法，其特征在于：所述收集产生的气体的方法为排水集气法。
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