CN112981199B - 一种盐制多孔镁镍水解制氢合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盐制多孔镁镍水解制氢合金及其制备方法,选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2~6wt.%的烧损。本发明提高了富镁材料的水解制氢产率,提升了材料的利用率,能够快速制取大量氢气。

Description

一种盐制多孔镁镍水解制氢合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及制氢合金材料技术领域,特别涉及一种盐制多孔镁镍水解制氢合金及其制备方法。
背景技术
能源是人类生存和社会进步的原动力,人类目前能源体系是以煤炭、石油、天然气为主的化石能源体系,其资源逐渐匮乏且大量使用致使环境污染日益严重,这迫使人类开发利用具有清洁、无污染、可再生等优势的新能源。氢能作为新能源的一种,具有“零排放、可循环、高热值、来源广”等显著优点,有望“驱动”未来生活,氢能极大概率将成为能源的终极之路。目前氢能逐步应用于汽车、飞机燃料加氢站,氢能发电、军工用电等领域,但应用范围仍然较窄。故进一步构建“氢经济”,缓解能源危机与环境污染问题,推动氢能更加广泛的应用迫在眉睫。
氢能源的推广需要廉价高效的制氢技术、安全可靠的储氢技术及经济合理的用氢技术。氢气的大规模工业化制取是发展与应用氢能面临的首要问题,找到一种快速、高效、便捷、廉价的制氢方法是实现工业化高产率快速制氢及低成本绿色制氢的关键。
目前工业制氢所得到96%的氢气源于蒸汽重整制氢,此方法通过蒸馏、分馏等方式裂解有机物得到氢气,然而其原料不可再生且产生大量气体副产物对环境有害。得到4%的氢气来源于电解水制氢,但其通电能耗剧大,产氢成本高昂。显然,已工业化的制氢方式不能满足低成本绿色制氢的制氢需求,因而需开发探索新的有望于工业化使用的制氢方法。金属水解制氢工艺设备简单,可现制现用氢,同时理论产氢量高,进一步研发有望于工业化使用。其中镁在地球上储量丰富、价格低廉、制氢容量高、水解反应可控且副产物对环境无害,用于工业化制氢现实可行。
然而铸态镁合金水解制氢动力学并不理想,合金表面氧化层降低了合金表面活性,抑制了H2O的表面吸附及传质。同时反应动力学受限于副产物氢氧化镁层,致密的氢氧化镁胶体层附着逐层包裹于制氢合金表面,导致介质传质通道阻塞,水分子无法快速传质与内部合金进一步接触反应。因此常采用球磨改性的方法,通过细化颗粒尺寸、增加表面缺陷、提高比表面积从而优化合金的水解动力学性能。球磨后的合金粉体水解制氢动力学性能大幅提高,但球磨态的镁合金仍存在其它的问题。比如相比于铸态合金,由于合金粉体比表面积大,水解制氢反应剧烈,促使氢氧化镁快速形核生长致密而导致水分子缺乏传质通道,合金不能完全反应致使水解产率低。同时合金粉体难以存储运输,大规模使用安全性尚未可知,其工业化应用困难。
介于铸态合金与合金粉体之间,多孔块、片状镁合金的使用可以有效解决上述问题。对镁合金造孔改性,存在的孔隙可以为水分子提供快速传质通道,起到辅助传质作用,同时孔隙的存在增大与介质接触合金的表面积,提高水解动力学性能。目前研究人员对镁合金造孔方法有所研究,包括但不限于纤维沉积热压法、物理气相沉积法、电化学去合金化、NaCl模板法等,然其具备实验设备价格昂贵,造孔条件苛刻,能耗高、工艺流程复杂等劣势,不适用于于工业化水解制氢过程。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种盐制多孔镁镍水解制氢合金及其制备方法,提高了富镁材料的水解制氢产率,提升了材料的利用率,能够快速制取大量氢气。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种盐制多孔镁镍水解制氢合金,选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2~6wt.%的烧损。
所述多孔镁水解合金中孔隙率为x=0%~50%。
一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,包括以下步骤;
步骤1,合金配料及表面预处理:
选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金;
步骤2,合金切削及球磨改性:
对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块(<2mm),使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒,获得合金粉料通过目筛得到所需的镁合金粉体;
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:
将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,将混合后的样品放入至压片模具中,取镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机压制成块或压制成片,经保压后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
所述步骤1中考虑到烧损,镁添加2~6wt.%的烧损;预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光。
所述步骤2中切割的镁合金块或屑尺寸为0.15~1mm。
所述步骤2中采用高速振动球磨机进行球磨,球磨参数具体为:高速振动球磨机转速为400~900rap/min;球磨时间为0.5~4h;球磨气氛为氩气;球料比为(10~40):1,选用直径分别为10mm和5mm钢球,大球小球质量比为(1~10):1。
所述步骤2获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉体(<164μm)。
所述步骤2中经过短时高能球磨,过80~100目筛后的镁合金粉体尺寸<150微米。
所述步骤3中镁合金块或镁合金粉体与造孔盐混合时间10min,造孔盐质量占总质量的0~50%。
所述步骤3中选用镁合金与造孔盐质量比为(1~9):1。
所述步骤3中,选用单冲式压片机压片,采用压力为0~4MPa,保压时间为5min,压片模具直径为8~16mm,单片质量为0.1g~2g。
所述造孔剂选用NaCl、KCl、CaCl2等海水中大量存在且可工业大量提纯的无机盐。
本发明的有益效果:
本发明所提供一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,使用海水中能大量提纯的低熔点无机盐作为造孔剂,通过简单压片造孔工艺流程,调控工艺参数,在室温下制备出内嵌无机盐的镁镍水解制氢合金。制备过程中,通过球磨机充分混合合金与无机盐造孔剂,使造孔剂分布均匀,嵌在合金内部及表面。随着水解制氢反应进行,压片制得样品表面及内部无机盐迅速溶解形成孔隙,为产氢初期介质分子的传输提供快速传质通道,促进传质过程。同时,加速产氢后期介质扩散渗透过程。借助低熔点无机盐造孔剂易溶解产生溶解热和提供大量氯离子的特点,有效提高局部溶解温度及对致密氢氧化镁层产生点状腐蚀,破坏产氢后期表面Mg(OH)2胶体层完整性,抑制了产氢过程中致密Mg(OH)2钝化层的形成,为后续介质溶液进入合金内部提供了便捷通道,促使颗粒内部完全水解,提高了富镁材料的水解制氢产率,提升了材料的利用率,能够快速制取大量氢气。
本发明使用压片造孔工艺,通过工艺参数的调控,能够获得不同孔隙率、不同孔径尺寸、不同孔结构的镁镍水解制氢合金,其产氢动力学性能、产氢量及产率存在差异。本发明工艺解决了铸态合金产氢动力学缓慢及粉体合金难存储、难运输、制氢安全性差的问题,总体上既保证较快初始及过程产氢速率,又保证极高的制氢产率,同时显著提升材料的利用率,避免产氢合金浪费。本发明工艺流程简单,易于工业化制氢推广,使用海水中可以大量提纯的低熔点无机盐,在室温下制备片状、块状合金材料,其成本能耗低,具备工业应用潜质。
附图说明
图1为本发明压片造孔制备镁镍水解制氢合金的工艺流程图。
图2为Mg10Ni-30%NaCl压片造孔制备块体合金截面的SEM图(a)低倍放大(b)高倍放大。
图3为压片后镁合金块实物图及Mg10Ni-xwt.%(x=0,30,50)造孔盐后镁镍合金水解产氢量及产率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明所述的盐制多孔镁镍水解制氢合金由Mg-10wt.%Ni富镁合金和盐作为造孔剂组成,其中造孔盐占0~50wt.%,其余为Mg-10wt.%Ni合金。
步骤1,合金配料及表面预处理:选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光等,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金。
步骤2,合金切削及球磨改性:对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块。使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒。球磨气氛为氩气,球料比为20:1,使用直径10mm/5mm不锈钢球,大球小球质量比为9:1,球磨时间1h,球磨机转速875rap/min,获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉。
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:使用NaCl作为造孔剂,将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,混合时间10min。造孔盐质量占总质量的10%,将混合后的样品放入至压片模具中,模具直径为12mm,取1g的镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机在4MPa下压制成块或压制成片,经保压时间为5min后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
实施例2
本发明所述的盐制多孔镁镍水解制氢合金由Mg-10wt.%Ni富镁合金和盐作为造孔剂组成,其中造孔盐占0~50wt.%,其余为Mg-10wt.%Ni合金。
步骤1,合金配料及表面预处理:选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光等,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金。
步骤2,合金切削及球磨改性:对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块。使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒。球磨气氛为氩气,球料比为20:1,使用直径10mm/5mm不锈钢球,大球小球质量比为9:1,球磨时间1h,球磨机转速875rap/min,获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉。
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:使用NaCl作为造孔剂,将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,混合时间10min。造孔盐质量占总质量的30%,将混合后的样品放入至压片模具中,模具直径为12mm,取1g的镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机在4MPa下压制成块或压制成片,经保压时间为5min后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
实施例3
本发明所述的盐制多孔镁镍水解制氢合金由Mg-10wt.%Ni富镁合金和盐作为造孔剂组成,其中造孔盐占0~50wt.%,其余为Mg-10wt.%Ni合金。
步骤1,合金配料及表面预处理:选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光等,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金。
步骤2,合金切削及球磨改性:对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块。使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒。球磨气氛为氩气,球料比为10:1,使用直径10mm/5mm不锈钢球,大球小球质量比为3:1,球磨时间2h,球磨机转速875rap/min,获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉。
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:使用NaCl作为造孔剂,将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,混合时间10min。造孔盐质量占总质量的50%,将混合后的样品放入至压片模具中,模具直径为12mm,取1g的镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机在4MPa下压制成块或压制成片,经保压时间为5min后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
实施例4
本发明所述的盐制多孔镁镍水解制氢合金由Mg-10wt.%Ni富镁合金和盐作为造孔剂组成,其中造孔盐占0~50wt.%,其余为Mg-10wt.%Ni合金。
步骤1,合金配料及表面预处理:选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加6wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光等,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金。
步骤2,合金切削及球磨改性:对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块。使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒。球磨气氛为氩气,球料比为40:1,使用直径10mm/5mm不锈钢球,大球小球质量比为9:1,球磨时间0.5h,球磨机转速875rap/min,获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉。
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:使用NaCl作为造孔剂,将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,混合时间10min。造孔盐质量占总质量的30%,将混合后的样品放入至压片模具中,模具直径为12mm,取1g的镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机在1MPa下压制成块或压制成片,经保压时间为5min后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
实施例5
本发明所述的盐制多孔镁镍水解制氢合金由Mg-10wt.%Ni富镁合金和盐作为造孔剂组成,其中造孔盐占0~50wt.%,其余为Mg-10wt.%Ni合金。
步骤1,合金配料及表面预处理:选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光等,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金。
步骤2,合金切削及球磨改性:对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块。使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒。球磨气氛为氩气,球料比为20:1,使用直径10mm/5mm不锈钢球,大球小球质量比为9:1,球磨时间1h,球磨机转速875rap/min,获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉。
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:使用NaCl作为造孔剂,将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,混合时间10min。造孔盐质量占总质量的30%,将混合后的样品放入至压片模具中,模具直径为12mm,取1g的镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机在2MPa下压制成块或压制成片,经保压时间为5min后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
实施例6
本发明所述的盐制多孔镁镍水解制氢合金由Mg-10wt.%Ni富镁合金和盐作为造孔剂组成,其中造孔盐占0~50wt.%,其余为Mg-10wt.%Ni合金。
步骤1,合金配料及表面预处理:选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光等,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金。
步骤2,合金切削及球磨改性:对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块。使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒。球磨气氛为氩气,球料比为40:1,使用直径10mm/5mm不锈钢球,大球小球质量比为9:1,球磨时间0.5h,球磨机转速400rap/min,获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉。
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:使用KCl作为造孔剂,将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,混合时间10min。造孔盐质量占总质量的30%,将混合后的样品放入至压片模具中,模具直径为12mm,取1g的镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机在2MPa下压制成块或压制成片,经保压时间为5min后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
实施例7
本发明所述的盐制多孔镁镍水解制氢合金由Mg-10wt.%Ni富镁合金和盐作为造孔剂组成,其中造孔盐占0~50wt.%,其余为Mg-10wt.%Ni合金。
步骤1,合金配料及表面预处理:选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光等,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金。
步骤2,合金切削及球磨改性:对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块。使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒。球磨气氛为氩气,球料比为20:1,使用直径10mm/5mm不锈钢球,大球小球质量比为9:1,球磨时间1h,球磨机转速875rap/min,获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉。
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:使用CaCl2作为造孔剂,将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,混合时间10min。造孔盐质量占总质量的30%,将混合后的样品放入至压片模具中,模具直径为12mm,取0.5g的镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机在4MPa下压制成块或压制成片,经保压时间为5min后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
实施例8
本发明所述的盐制多孔镁镍水解制氢合金由Mg-10wt.%Ni富镁合金和盐作为造孔剂组成,其中造孔盐占0~50wt.%,其余为Mg-10wt.%Ni合金。
步骤1,合金配料及表面预处理:选取纯度≥99.8%的金属镁块和30%镁镍中间合金,按镁含量为90wt.%,镍含量为10wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光等,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金。
步骤2,合金切削及球磨改性:对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块。使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒。球磨气氛为氩气,球料比为20:1,使用直径10mm/5mm不锈钢球,大球小球质量比为9:1,球磨时间1h,球磨机转速875rap/min,获得合金粉料通过100目筛得到所需的镁合金粉。
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:使用NaCl作为造孔剂,将步骤2得到的小尺寸镁合金块或镁合金粉体与所述的造孔盐使用球磨机充分混合,混合时间10min。造孔盐质量占总质量的20%,将混合后的样品放入至压片模具中,模具直径为12mm,取0.2g的镁合金粉体和小尺寸镁合金块使用压片机在1MPa下压制成块或压制成片,经保压时间为5min后脱模,得到造孔盐存在于合金表面或内部的镁镍水解制氢合金。
通过改变不同造孔盐种类及添加含量、不同球磨参数、不同压片参数,选择可以获得孔隙率不同、孔隙尺寸及形状不同、孔隙分布不同、基体合金颗粒尺寸大小不同的多孔镁水解制氢合金,这些合金在同环境条件下(水解制氢介质、温度等相同),具备较优的水解产氢动力学、产氢量、产率,有望实现可控制氢。本发明通过混合造孔盐压片造孔,提供快速传质通道,改善水解动力学性能,同时又能解决合金粉体储存、运输问题。本发明技术有望应用于工业化制氢过程,实现高产率快速制氢与低成本绿色制氢,从而推动“氢经济”及新能源产业的发展。
为了克服铸态合金产氢动力学缓慢,粉体合金存在实际运输、存储和使用安全问题,本发明的目的在于提供一种具备简单工艺流程的镁镍水解制氢合金造孔方式。在保持高产氢量基础上提高初始动力学和最终产率,并有效解决产氢合金粉体难存储难运输及产氢具备危险性等问题,此工艺有望结合铸态合金及粉体合金的水解制氢优势。本发明通过使用海水中大量存在可提取的盐作为造孔剂,通过初步精细化的镁合金颗粒或粉体,使用压片机将镁与盐混合物压片,使造孔盐嵌入至压片后的块状或片状合金内部或表面。水解制氢时,造孔盐的快速溶解使合金块产生孔隙,为水分子扩散传质提供路径。同时提供局部水解热,益于提高水解动力学性能。造孔盐多为氯化物,提供的氯离子对氢氧化镁胶体层产生点状腐蚀,使其不致密,益于水分子传质扩散,加速水解制氢过程。
本发明在保持铸态高产氢量基础上提高其初始动力学和最终产率,并且有效解决球磨态产氢合金粉体难存储、难运输及产氢具备危险性等问题。本发明通过使用海水中大量存在可提取的盐作为造孔剂,通过初步精细化镁合金颗粒或粉体,使用压片机将盐嵌入至压片后的块状或片状合金内部或表面。水解制氢时,盐的快速溶解使合金块产生孔隙,水分子提供快速传质路径,提升材料产氢后期介质的扩散传输特性。造孔盐溶解产生局部溶解热,益于提高水解动力学,同时提供氯离子对氢氧化镁胶体层产生点状腐蚀,降低致密性,快速水解制氢。制氢产率。本发明使用简单造孔工艺,制备出高产率、高水解制氢动力学的合金块体,其有望实现工业化快速低成本绿色制氢。
图1为本发明压片造孔制备镁镍水解制氢合金的工艺流程图。如流程图可以看出,经过配料及表面预处理制备表面有金属光泽、无氧化层的镁合金;通过切削及球磨改性,制备镁镍粉体合金;通过引入NaCl、MgCl2等造孔剂压片造孔改性,制备块状镁镍产氢合金。得到的合金块由于造孔剂不同、球磨参数不同和压片参数不同,能够得到具备不同孔隙尺寸、孔隙分布、孔隙结构的镁镍制氢合金。其表现出不同的水解制氢性能,通过各项参数的调控,使水解产氢量、产率及动力学性能可控,易于工业化制氢推广。
图2为使用NaCl造孔剂压片制备块体合金部分截面的SEM图。从低倍SEM图中可观察到通过压片的方式紧密结合了镁合金粉体和NaCl盐颗粒,镁镍合金颗粒与NaCl颗粒结构不同,NaCl分布均匀。从高倍SEM则可以看出大量立方块状颗粒,这是明显NaCl的面心立方结构。当其与水解介质接触时,NaCl颗粒快速溶解形成孔隙,为介质向合金内部传输提供传质通道,加快水解动力学性能和最终水解产率。
图3为本发明压片后镁合金块实物图及引入不同含量造孔盐后镁镍合金水解产氢量、产率图。如实物图可以看出,简单压片造孔工艺可以得到内部嵌无机盐的镁合金块。从左图可以看出,不同含量造孔盐含量的合金块产氢量不同,由于合金块总质量一定且造孔盐不产氢,故产氢量随盐含量增大而减小。然而添加适量造孔盐明显增加合金制氢产率与动力学性能。借助低熔点无机盐造孔,溶解产生溶解热和提供大量氯离子的特点,可有效提高局部溶解温度及对致密氢氧化镁层产生点状腐蚀,破坏产氢后期表面Mg(OH)2胶体层完整性,为后续介质溶液进入合金内部提供了快速传质通道,使块体内部合金充分反应,提升了材料的利用率。

Claims (7)

1.一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤;
步骤1,合金配料及表面预处理:
选取纯度≥ 99.8 %的金属镁块和30 %镁镍中间合金,按镁含量为90 wt.%,镍含量为10 wt.%配比,考虑到烧损,镁添加2~6 wt.%的烧损;对得到的Mg-Ni合金进行表面预处理,得到表面有金属光泽、无氧化层的镁合金;
步骤2,合金切削及球磨改性:
对步骤1中得到的镁合金进行切割,初步得到小尺寸镁合金块,尺寸<2mm,使用高速振动球磨机进行短时高能球磨,通过球磨珠与样品的振动碰撞细化颗粒,获得合金粉料通过目筛得到所需的镁合金粉体;
步骤3,合金结构精细化-造孔改性:
将步骤2得到的镁合金粉体与造孔盐使用球磨机充分混合,将混合后的样品放入至压片模具中,使用压片机压制成块或压制成片,经保压后脱模,得到造孔盐存在于合金表面及内部的镁镍水解制氢合金;
所述多孔镁镍水解制氢合金中孔隙率为x=0%~50%;
所述步骤3中,选用单冲式压片机压片,采用压力为0~4MPa,保压时间为5min,压片模具直径为8~16mm,单片质量为0.1 g~2g;
所述造孔盐为NaCl、KCl、CaCl2
2.根据权利要求1所述的一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,其特征在于,预处理方法包括但不限于除油、打磨、抛光。
3.根据权利要求1所述的一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,其特征在于,所述步骤2中切割的镁合金块尺寸为0.15 ~1mm。
4.根据权利要求1所述的一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,其特征在于,所述步骤2中采用高速振动球磨机进行球磨,球磨参数具体为:高速振动球磨机转速为400~900rap/min;球磨时间为0.5~4h;球磨气氛为氩气;球料比为 (10~40):1,选用直径分别为10 mm和5mm钢球,大球小球质量比为 (1~10):1。
5.根据权利要求1所述的一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,其特征在于,所述步骤2获得合金粉料通过100目筛得到所需< 164μm的镁合金粉体。
6.根据权利要求1所述的一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,其特征在于,所述步骤2中经过短时高能球磨,过80~100目筛后的镁合金粉体尺寸<150微米。
7.根据权利要求1所述的一种盐制多孔镁镍水解制氢合金的制备方法,其特征在于,所述步骤3中镁合金粉体与造孔盐混合时间10min,造孔盐质量占总质量的0~50%;
所述步骤3中选用镁合金与造孔盐质量比为(1~9):1。
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