CN115845823B - 一种氢气吸附剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及储氢材料领域,具体涉及一种氢气吸附剂的制备方法,用于解决现有的储氢材料经过掺杂改性、球磨纳米化的过程中易于导致细小颗粒发生团聚现象,导致各组分分散不均匀,导致制得的储氢材料性能并未出现明显提升,而且稳定性不佳的问题;该氢气吸附剂通过向镁粉之中掺杂铁粉和改性石墨烯后进行球磨,能够将三者充分的细化且混合均匀,保证了得到的氢气吸附剂具有高的比表面积,提高其与氢气接触面积,提高其吸氢能力,而且掺杂的掺杂铁粉和改性石墨烯能够使得氢气吸附剂具备三者的优点,提高其氢气吸附剂与氢气反应活性,提高其储氢能力。
Description
技术领域
本发明涉及储氢材料领域,具体涉及一种氢气吸附剂的制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展,人们对能源的需求也与日俱增,这也加速了煤、石油、天然气等不可再生能源的消耗。同时,化石能源在燃烧过程中放出大量的碳氧化物、氮氧化物、硫化物等废气及有毒气体,已经对与人类息息相关的生态环境造成严重的污染和破坏,如全球温室效应和酸雨等。同时,由于能源危机引发的政治、经济问题,也威胁着人类社会的和平与稳定发展,因此,国际上对于加快研究开发新型绿色能源的呼声日益高涨。
在众多新型绿色清洁能源中,氢能具有高能、无污染等众多优异特性,是具有发展前景的一种新型能源。但是氢气的易燃易爆以及难以储存等问题的存在,给氢能的使用造成了极大的困难。储氢合金是利用储氢材料与氢气发生物理或化学作用将氢气存储于固体材料中的方法进行储氢,储氢合金可以在不同的条件下吸收和释放氢气,从而可以作为氢气储存、运输、使用的重要载体。采用该方法具有储氢体积密度大、安全性高、运输方便等优点。
由于具有价格低廉、储氢容量高等特点,镁基储氢材料在众多的新型储氢材料中具有很大研究优势。然而,研究者发现镁基储氢材料氢化物太过稳定,使得其具有较高的热力学稳定性,同时氢化物的表面极容易发生氧化而生成比较致密的氧化膜,此外,镁基储氢材料吸放氢速率较慢,这些问题都严重阻碍了它的商业化应用,针对这一现象,国内外研究人员进行了大量的研究工作来提高镁基储氢材料的热力学和动力学性能,具体从以下三个方面进行改进:Mg/MgH2纳米化、机械合金化、催化剂掺杂等。
但是,经过掺杂改性、球磨纳米化的过程中易于导致细小颗粒发生团聚现象,导致各组分分散不均匀,导致制得的储氢材料性能并未出现明显提升,而且稳定性不佳,因此,亟需一种氢气吸附剂的制备方法来改善以上问题。
发明内容
为了克服上述的技术问题,本发明的目的在于提供一种氢气吸附剂的制备方法:通过将镁粉、铁粉、改性石墨烯以及四氢呋喃加入至球磨罐中进行湿法球磨,之后向球磨罐通入氢气球磨,球磨结束后将反应产物离心,将沉淀物干燥,得到氢气吸附剂,解决了现有的储氢材料经过掺杂改性、球磨纳米化的过程中易于导致细小颗粒发生团聚现象,导致各组分分散不均匀,导致制得的储氢材料性能并未出现明显提升,而且稳定性不佳的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种氢气吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按照重量份称取镁粉20-30份、铁粉10-13份、改性石墨烯4-12份以及四氢呋喃60-70份,备用;
步骤二:将镁粉、铁粉、改性石墨烯以及四氢呋喃加入至球磨罐中,之后向球磨罐通入氢气维持球磨罐内压力为0.4-0.8MPa,之后在球磨速率为400-500r/min的条件下球磨20-30h,球磨结束后将反应产物离心,将沉淀物放置于真空干燥箱中,在温度为60-70℃的条件下干燥8-10h,得到该氢气吸附剂。
作为本发明进一步的方案:所述改性石墨烯由以下步骤制备得到:
S1:将氧化石墨烯、甲苯二异氰酸酯、甲苯以及三乙胺加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为0-3℃,搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应30-50min,之后升温至120-130℃的条件下继续搅拌反应0.5-1.5h,反应结束后将反应产物旋转蒸发去除溶剂,得到异氰酸酯化石墨烯;
反应原理如下:
利用氧化石墨烯上的羟基与羧基与甲苯二异氰酸酯上更加活泼的4号位上的异氰酸酯进行反应,在氧化石墨烯的表面上引入异氰酸酯基团,得到异氰酸酯化石墨烯,之后利用溴素将对甲氧基苯甲醛进行溴化,引入溴原子,得到中间体1;
S2:将对甲氧基苯甲醛、氯仿以及乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,在温度为0-3℃,搅拌速率为400-500r/min的条件下边搅拌边逐滴加入溴素溶液,控制滴加速率为1-2滴/s,滴加完毕后继续搅拌反应1-1.5h,反应结束后将反应产物用饱和食盐水洗涤至中性,之后静置分层,将有机相用无水硫酸钠干燥,过滤,将滤液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体1;
反应原理如下:
S3:将中间体1、氢氧化钠、对甲氧基苯甲醛化亚铜、去离子水以及N,N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中,通入氮气保护,在温度为130-140℃,搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应4-6h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤液用盐酸溶液调节pH为3-4,之后用乙酸乙酯萃取2-3次,合并萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,将滤液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体2;
反应原理如下:
S4:将中间体2、二氯甲烷、无水氯化铝以及苄基三乙基溴化铵加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,在温度为0-5℃,搅拌速率为400-500r/min的条件下边搅拌边逐滴加入吡啶,控制滴加速率为1-2滴/s,滴加完毕后升温至回流继续搅拌反应25-30h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后用盐酸溶液调节pH为2-3,之后静置分层,将水相用乙酸乙酯进行萃取2-3次,将萃取液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体3;
反应原理如下:
S5:将中间体3、邻苯二酚以及苯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为25-30℃,搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应20-30min,之后加入无水氯化锌和对甲苯磺酸继续搅拌反应5-10min,之后升温至45-50℃的条件下继续搅拌反应20-30h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后加入至二氯甲烷中,之后真空抽滤,将滤饼用85-90℃的蒸馏水洗涤3-5次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为90-100℃的条件下干燥15-20h,得到增性剂;
反应原理如下:
S6:将异氰酸酯化石墨烯、增性剂、二丁基二月桂酸锡以及甲苯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为0-3℃,搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应20-30min,之后升温至120-130℃的条件下继续搅拌反应1-1.5h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼用蒸馏水洗涤3-5次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为75-80℃的条件下干燥5-6h,得到增性石墨烯;
反应原理如下:
增性剂上的羟基与异氰酸酯化石墨烯表面上的异氰酸酯基团反应,引入大量的羟基,得到增性石墨烯;
S7:将增性石墨烯、二羟甲基丁酸以及乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为35-40℃,搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应30-50min,之后加入辛酸亚锡继续搅拌反应4-5h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼用蒸馏水洗涤3-5次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为75-80℃的条件下干燥3-4h,得到改性石墨烯;
反应原理如下:
增性石墨烯表面上的羟基与二羟甲基丁酸上的羧基反应,进一步引入大量的羟基,得到改性石墨烯。
作为本发明进一步的方案:步骤S1中的所述氧化石墨烯、甲苯二异氰酸酯、甲苯以及三乙胺的用量比为10g:15-20g:50-60mL:0.3-0.5g。
作为本发明进一步的方案:步骤S2中的所述对甲氧基苯甲醛、氯仿、乙酸乙酯以及溴素溶液的用量比为0.1mol:100-120mL:100-120mL:50-60mL,所述溴素溶液为溴素按照0.11-0.13mol:50mL溶解于三氯甲烷所形成的溶液。
作为本发明进一步的方案:步骤S3中的所述中间体1、氢氧化钠、对甲氧基苯甲醛化亚铜、去离子水以及N,N-二甲基甲酰胺的用量比为0.1mol:0.2-0.3mol:0.2-0.3g:150-180mL:25-35mL,所述盐酸溶液的质量分数为10-12%。
作为本发明进一步的方案:步骤S4中的所述中间体2、二氯甲烷、无水氯化铝、苄基三乙基溴化铵以及吡啶的用量比为0.1mol:70-90mL:0.11-0.13mol:0.1-0.5g:0.5-1.5mL,所述盐酸溶液的质量分数为10-12%。
作为本发明进一步的方案:步骤S5中的所述中间体3、邻苯二酚、苯、无水氯化锌以及对甲苯磺酸的用量比为0.1mol:0.22-0.25mol:150-200mL:0.05-0.08mol:1.5-2.5g。
作为本发明进一步的方案:步骤S6中的所述异氰酸酯化石墨烯、增性剂、二丁基二月桂酸锡以及甲苯的用量比10g:3-12g:0.1-0.2g:60-80mL。
作为本发明进一步的方案:步骤S7中的所述增性石墨烯、二羟甲基丁酸、乙酸乙酯以及辛酸亚锡的用量比为10g:1-10g:100-120mL:0.11-0.15g。
本发明的有益效果:
本发明的一种氢气吸附剂的制备方法,通过将镁粉、铁粉、改性石墨烯以及四氢呋喃加入至球磨罐中进行湿法球磨,之后向球磨罐通入氢气球磨,球磨结束后将反应产物离心,将沉淀物干燥,得到氢气吸附剂;该氢气吸附剂通过向镁粉之中掺杂铁粉和改性石墨烯后进行球磨,能够将三者充分的细化且混合均匀,保证了得到的氢气吸附剂具有高的比表面积,提高其与氢气接触面积,提高其吸氢能力,而且掺杂的掺杂铁粉和改性石墨烯能够使得氢气吸附剂具备三者的优点,提高其氢气吸附剂与氢气反应活性,提高其储氢能力;
在制备氢气吸附剂的制备过程中首先制备了一种改性石墨烯,首先利用氧化石墨烯上的羟基与羧基与甲苯二异氰酸酯上更加活泼的4号位上的异氰酸酯进行反应,在氧化石墨烯的表面上引入异氰酸酯基团,得到异氰酸酯化石墨烯,之后利用溴素将对甲氧基苯甲醛进行溴化,引入溴原子,得到中间体1,之后中间体1进行碱性水解形成中间体2,之后中间体2进行酸性水解形成中间体3,之后中间体3与邻苯二酚反应得到含有大量羟基的增性剂,之后增性剂上的羟基与异氰酸酯化石墨烯表面上的异氰酸酯基团反应,引入大量的羟基,得到增性石墨烯,之后增性石墨烯表面上的羟基与二羟甲基丁酸上的羧基反应,进一步引入大量的羟基,得到改性石墨烯;氧化石墨烯具有化学稳定性高、比表面积大、质量密度小以及良好的导电性的优点,能够催化氢气吸附剂进行吸氢,提高其吸氢储氢能力,而且由于改性石墨烯的表面上含有大量的羟基在球磨过程中能够包裹在镁粉、铁粉的表面形成保护膜,使其细化后不再团聚粘接,从而促进其进一步细化提高其比表面积,促进球磨效果,且使得三者充分混合,分散的均匀,提供更多的活化点位,同时缩短H离子的扩散路径,有利于提高动力学性能,可降低成核势垒,有利于反应的进行,使得制得的氢气吸附剂的吸氢储氢效果优良。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
本实施例为一种改性石墨烯的制备方法,包括以下步骤:
S1:将10g氧化石墨烯、15g甲苯二异氰酸酯、50mL甲苯以及0.3g三乙胺加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为0℃,搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应30min,之后升温至120℃的条件下继续搅拌反应0.5h,反应结束后将反应产物旋转蒸发去除溶剂,得到异氰酸酯化石墨烯;
S2:将0.1mol对甲氧基苯甲醛、100mL氯仿以及100mL乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,在温度为0℃,搅拌速率为400r/min的条件下边搅拌边逐滴加入50mL溴素按照0.11mol:50mL溶解于三氯甲烷所形成的溴素溶液,控制滴加速率为1滴/s,滴加完毕后继续搅拌反应1h,反应结束后将反应产物用饱和食盐水洗涤至中性,之后静置分层,将有机相用无水硫酸钠干燥,过滤,将滤液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体1;
S3:将0.1mol中间体1、0.2mol氢氧化钠、0.2g对甲氧基苯甲醛化亚铜、150mL去离子水以及25mLN,N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中,通入氮气保护,在温度为130℃,搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应4h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤液用质量分数为10%的盐酸溶液调节pH为3,之后用乙酸乙酯萃取2次,合并萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,将滤液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体2;
S4:将0.1mol中间体2、70mL二氯甲烷、0.11mol无水氯化铝以及0.1g苄基三乙基溴化铵加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,在温度为0℃,搅拌速率为400r/min的条件下边搅拌边逐滴加入0.5mL吡啶,控制滴加速率为1滴/s,滴加完毕后升温至回流继续搅拌反应25h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后用质量分数为10%的盐酸溶液调节pH为2,之后静置分层,将水相用乙酸乙酯进行萃取2次,将萃取液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体3;
S5:将0.1mol中间体3、0.22mol邻苯二酚以及150mL苯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为25℃,搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应20min,之后加入0.05mol无水氯化锌和1.5g对甲苯磺酸继续搅拌反应5min,之后升温至45℃的条件下继续搅拌反应20h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后加入至二氯甲烷中,之后真空抽滤,将滤饼用85℃的蒸馏水洗涤3次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为90℃的条件下干燥15h,得到增性剂;
S6:将10g异氰酸酯化石墨烯、3g增性剂、0.1g二丁基二月桂酸锡以及60mL甲苯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为0℃,搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应20min,之后升温至120℃的条件下继续搅拌反应1h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼用蒸馏水洗涤3次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为75℃的条件下干燥5h,得到增性石墨烯;
S7:将10g增性石墨烯、1g二羟甲基丁酸以及100mL乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为35℃,搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应30min,之后加入0.11g辛酸亚锡继续搅拌反应4h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼用蒸馏水洗涤3次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为75℃的条件下干燥3h,得到改性石墨烯。
实施例2:
本实施例为一种改性石墨烯的制备方法,包括以下步骤:
S1:将10g氧化石墨烯、18g甲苯二异氰酸酯、550mL甲苯以及0.4g三乙胺加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为2℃,搅拌速率为450r/min的条件下搅拌反应40min,之后升温至125℃的条件下继续搅拌反应1.0h,反应结束后将反应产物旋转蒸发去除溶剂,得到异氰酸酯化石墨烯;
S2:将0.1mol对甲氧基苯甲醛、110mL氯仿以及110mL乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,在温度为2℃,搅拌速率为450r/min的条件下边搅拌边逐滴加入55mL溴素按照0.12mol:50mL溶解于三氯甲烷所形成的溴素溶液,控制滴加速率为1滴/s,滴加完毕后继续搅拌反应1.2h,反应结束后将反应产物用饱和食盐水洗涤至中性,之后静置分层,将有机相用无水硫酸钠干燥,过滤,将滤液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体1;
S3:将0.1mol中间体1、0.25mol氢氧化钠、0.25g对甲氧基苯甲醛化亚铜、165mL去离子水以及30mLN,N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中,通入氮气保护,在温度为135℃,搅拌速率为450r/min的条件下搅拌反应4-6h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤液用质量分数为11%的盐酸溶液调节pH为3.5,之后用乙酸乙酯萃取2次,合并萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,将滤液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体2;
S4:将0.1mol中间体2、80mL二氯甲烷、0.12mol无水氯化铝以及0.3g苄基三乙基溴化铵加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,在温度为3℃,搅拌速率为450r/min的条件下边搅拌边逐滴加入1.0mL吡啶,控制滴加速率为1滴/s,滴加完毕后升温至回流继续搅拌反应28h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后用质量分数为11%的盐酸溶液调节pH为2.5,之后静置分层,将水相用乙酸乙酯进行萃取2次,将萃取液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体3;
S5:将0.1mol中间体3、0.23mol邻苯二酚以及175mL苯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为28℃,搅拌速率为450r/min的条件下搅拌反应25min,之后加入0.06mol无水氯化锌和2.0g对甲苯磺酸继续搅拌反应8min,之后升温至48℃的条件下继续搅拌反应25h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后加入至二氯甲烷中,之后真空抽滤,将滤饼用88℃的蒸馏水洗涤4次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为95℃的条件下干燥18h,得到增性剂;
S6:将10g异氰酸酯化石墨烯、8g增性剂、0.15g二丁基二月桂酸锡以及70mL甲苯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为2℃,搅拌速率为450r/min的条件下搅拌反应25min,之后升温至125℃的条件下继续搅拌反应1.2h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼用蒸馏水洗涤4次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为78℃的条件下干燥5.5h,得到增性石墨烯;
S7:将10g增性石墨烯、6g二羟甲基丁酸以及110mL乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为38℃,搅拌速率为450r/min的条件下搅拌反应40min,之后加入0.13g辛酸亚锡继续搅拌反应4.5h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼用蒸馏水洗涤4次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为78℃的条件下干燥3.5h,得到改性石墨烯。
实施例3:
本实施例为一种改性石墨烯的制备方法,包括以下步骤:
S1:将10g氧化石墨烯、20g甲苯二异氰酸酯、60mL甲苯以及0.5g三乙胺加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为3℃,搅拌速率为500r/min的条件下搅拌反应50min,之后升温至130℃的条件下继续搅拌反应1.5h,反应结束后将反应产物旋转蒸发去除溶剂,得到异氰酸酯化石墨烯;
S2:将0.1mol对甲氧基苯甲醛、120mL氯仿以及120mL乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,在温度为3℃,搅拌速率为500r/min的条件下边搅拌边逐滴加入60mL溴素按照0.13mol:50mL溶解于三氯甲烷所形成的溴素溶液,控制滴加速率为2滴/s,滴加完毕后继续搅拌反应1.5h,反应结束后将反应产物用饱和食盐水洗涤至中性,之后静置分层,将有机相用无水硫酸钠干燥,过滤,将滤液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体1;
S3:将0.1mol中间体1、0.3mol氢氧化钠、0.3g对甲氧基苯甲醛化亚铜、180mL去离子水以及35mLN,N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中,通入氮气保护,在温度为140℃,搅拌速率为500r/min的条件下搅拌反应6h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤液用质量分数为12%的盐酸溶液调节pH为4,之后用乙酸乙酯萃取3次,合并萃取液用无水硫酸钠干燥,过滤,将滤液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体2;
S4:将0.1mol中间体2、90mL二氯甲烷、0.13mol无水氯化铝以及0.5g苄基三乙基溴化铵加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,在温度为5℃,搅拌速率为500r/min的条件下边搅拌边逐滴加入1.5mL吡啶,控制滴加速率为2滴/s,滴加完毕后升温至回流继续搅拌反应30h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后用质量分数为12%的盐酸溶液调节pH为3,之后静置分层,将水相用乙酸乙酯进行萃取3次,将萃取液旋转蒸发去除溶剂,得到中间体3;
S5:将0.1mol中间体3、0.25mol邻苯二酚以及200mL苯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为30℃,搅拌速率为500r/min的条件下搅拌反应30min,之后加入0.08mol无水氯化锌和2.5g对甲苯磺酸继续搅拌反应10min,之后升温至50℃的条件下继续搅拌反应30h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后加入至二氯甲烷中,之后真空抽滤,将滤饼用90℃的蒸馏水洗涤5次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为100℃的条件下干燥20h,得到增性剂;
S6:将10g异氰酸酯化石墨烯、12g增性剂、0.2g二丁基二月桂酸锡以及80mL甲苯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为3℃,搅拌速率为500r/min的条件下搅拌反应30min,之后升温至130℃的条件下继续搅拌反应1.5h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼用蒸馏水洗涤5次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为80℃的条件下干燥6h,得到增性石墨烯;
S7:将10g增性石墨烯、10g二羟甲基丁酸以及120mL乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中,在温度为40℃,搅拌速率为500r/min的条件下搅拌反应50min,之后加入0.15g辛酸亚锡继续搅拌反应5h,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼用蒸馏水洗涤5次,之后放置于真空干燥箱中,在温度为80℃的条件下干燥4h,得到改性石墨烯。
实施例4:
本实施例为一种氢气吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按照重量份称取镁粉20份、铁粉10份、来自于实施例1中的改性石墨烯4份以及四氢呋喃60份,备用;
步骤二:将镁粉、铁粉、改性石墨烯以及四氢呋喃加入至球磨罐中,之后向球磨罐通入氢气维持球磨罐内压力为0.4MPa,之后在球磨速率为400r/min的条件下球磨20h,球磨结束后将反应产物离心,将沉淀物放置于真空干燥箱中,在温度为60℃的条件下干燥8h,得到该氢气吸附剂。
实施例5:
本实施例为一种氢气吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按照重量份称取镁粉25份、铁粉12份、来自于实施例2中的改性石墨烯8份以及四氢呋喃65份,备用;
步骤二:将镁粉、铁粉、改性石墨烯以及四氢呋喃加入至球磨罐中,之后向球磨罐通入氢气维持球磨罐内压力为0.6MPa,之后在球磨速率为450r/min的条件下球磨25h,球磨结束后将反应产物离心,将沉淀物放置于真空干燥箱中,在温度为65℃的条件下干燥9h,得到该氢气吸附剂。
实施例6:
本实施例为一种氢气吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按照重量份称取镁粉30份、铁粉13份、来自于实施例3中的改性石墨烯12份以及四氢呋喃70份,备用;
步骤二:将镁粉、铁粉、改性石墨烯以及四氢呋喃加入至球磨罐中,之后向球磨罐通入氢气维持球磨罐内压力为0.8MPa,之后在球磨速率为500r/min的条件下球磨30h,球磨结束后将反应产物离心,将沉淀物放置于真空干燥箱中,在温度为70℃的条件下干燥10h,得到该氢气吸附剂。
对比例1:
对比例1与实施例6的不同之处在于,不添加铁粉、改性石墨烯;
对比例2:
对比例2与实施例6的不同之处在于,不添加改性石墨烯;
对比例3:
对比例3与实施例6的不同之处在于,添加氧化石墨烯代替改性石墨烯。
将实施例4-6以及对比例1-3的性能进行检测,检测结果如下表所示:
其中,方法1为在温度为473K,氢气压力为3MPa,30min的吸氢量;方法1为在温度为473K,氢气压力为3MPa,60min的吸氢量;
参阅上表数据,根据实施例6与对比例1-3对比,可以得知向镁中掺杂铁、氧化石墨烯、改性石墨烯后与氢气反应的氢气吸附剂较纯镁与与氢气反应的氢气吸附剂具有更加优良的吸氢能力,其中镁、铁以及改性石墨烯的三者复配起到最佳的效果。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种氢气吸附剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:按照重量份称取镁粉20-30份、铁粉10-13份、改性石墨烯4-12份以及四氢呋喃60-70份,备用;
步骤二:将镁粉、铁粉、改性石墨烯以及四氢呋喃加入至球磨罐中,之后向球磨罐通入氢气维持球磨罐内压力为0.4-0.8MPa,之后在球磨速率为400-500r/min的条件下球磨20-30h,球磨结束后将反应产物离心,将沉淀物放置于真空干燥箱中,在温度为60-70℃的条件下干燥8-10h,得到该氢气吸附剂;
其中,所述改性石墨烯由以下步骤制备得到:
S1:将氧化石墨烯、甲苯二异氰酸酯、甲苯以及三乙胺加入至三口烧瓶中搅拌反应,反应结束后将反应产物旋转蒸发,得到异氰酸酯化石墨烯;所述氧化石墨烯、甲苯二异氰酸酯、甲苯以及三乙胺的用量比为10g:15-20g:50-60mL:0.3-0.5g;
S2:将对甲氧基苯甲醛、氯仿以及乙酸乙酯加入至三口烧瓶中,边搅拌边逐滴加入溴素溶液,滴加完毕后继续搅拌反应,反应结束后将反应产物洗涤,之后静置分层,将有机相干燥,过滤,将滤液旋转蒸发,得到中间体1;所述对甲氧基苯甲醛、氯仿、乙酸乙酯以及溴素溶液的用量比为0.1mol:100-120mL:100-120mL:50-60mL,所述溴素溶液为溴素按照0.11-0.13mol:50mL溶解于三氯甲烷所形成的溶液;
S3:将中间体1、氢氧化钠、对甲氧基苯甲醛化亚铜、去离子水以及N,N-二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中搅拌反应,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤液调节pH,之后萃取,合并萃取液干燥,过滤,将滤液旋转蒸发,得到中间体2;所述中间体1、氢氧化钠、对甲氧基苯甲醛化亚铜、去离子水以及N,N-二甲基甲酰胺的用量比为0.1mol:0.2-0.3mol:0.2-0.3g:150-180mL:25-35mL;
S4:将中间体2、二氯甲烷、无水氯化铝以及苄基三乙基溴化铵加入至三口烧瓶中,之后边搅拌边逐滴加入吡啶,滴加完毕后升温至回流继续搅拌反应,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后调节pH,之后静置分层,将水相萃取,将萃取液旋转蒸发,得到中间体3;所述中间体2、二氯甲烷、无水氯化铝、苄基三乙基溴化铵以及吡啶的用量比为0.1mol:70-90mL:0.11-0.13mol:0.1-0.5g:0.5-1.5mL;
S5:将中间体3、邻苯二酚以及苯加入至三口烧瓶中搅拌反应,之后加入无水氯化锌和对甲苯磺酸继续搅拌反应,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后加入至二氯甲烷中,之后真空抽滤,将滤饼洗涤、干燥,得到增性剂;所述中间体3、邻苯二酚、苯、无水氯化锌以及对甲苯磺酸的用量比为0.1mol:0.22-0.25mol:150-200mL:0.05-0.08mol:1.5-2.5g;
S6:将异氰酸酯化石墨烯、增性剂、二丁基二月桂酸锡以及甲苯加入至三口烧瓶中搅拌反应,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼洗涤、干燥,得到增性石墨烯;所述异氰酸酯化石墨烯、增性剂、二丁基二月桂酸锡以及甲苯的用量比10g:3-12g:0.1-0.2g:60-80mL;
S7:将增性石墨烯、二羟甲基丁酸以及乙酸乙酯加入至三口烧瓶中搅拌反应,之后加入辛酸亚锡继续搅拌反应,反应结束后将反应产物冷却至室温,之后真空抽滤,将滤饼洗涤、干燥,得到改性石墨烯;所述增性石墨烯、二羟甲基丁酸、乙酸乙酯以及辛酸亚锡的用量比为10g:1-10g:100-120mL:0.11-0.15g。
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