RU2606449C2 - Способ активации алюминия для получения водорода - Google Patents
Способ активации алюминия для получения водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606449C2 RU2606449C2 RU2014143582A RU2014143582A RU2606449C2 RU 2606449 C2 RU2606449 C2 RU 2606449C2 RU 2014143582 A RU2014143582 A RU 2014143582A RU 2014143582 A RU2014143582 A RU 2014143582A RU 2606449 C2 RU2606449 C2 RU 2606449C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- hydrogen
- aluminium
- mixture
- activating
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 85
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 44
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 56
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 43
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 claims abstract description 13
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 150000001398 aluminium Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 17
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000005267 amalgamation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения водорода в результате химической реакции компонентов гидрореагирующей композиции, более конкретно к способу активации алюминия для получения водорода, и может найти применение при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах. Способ активации алюминия для получения водорода включает приготовление смеси компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас.%, нагревание смеси до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия, после чего смесь подвергают механохимической обработке в инертной атмосфере при температуре 20-80°С в течение 5-20 мин. Изобретение позволяет увеличить полноту реакции окисления активированного алюминия при пониженном содержании галлия и индия в гидрореагирующей композиции, повысить скорость генерирования водорода и обеспечить возможность ее регулирования, а также повысить рентабельность технологии активации алюминия. 1 ил., 5 пр.
Description
Изобретение относится к технологии получения водорода в результате химической реакции компонентов гидрореагирующей композиции, более конкретно к способу активации алюминия для получения водорода, и может найти применение при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах.
Широко известны способы активации алюминия для получения водорода, связанные с использованием жидких металлов (амальгамирование), сплавов на основе галлия, водных растворов щелочей, механохимического, ультразвукового воздействия и др.
Известен способ активации алюминия для получения водорода путем заполнения ртутью отверстия, выполненного в центре слитка алюминия, с последующей термообработкой в вакууме при 600-658°C в течение 1-1,5 ч, причем ртуть вводят в количестве 3-5 мас. % (см. авт. свид. СССР №945061, опубл. в бюл. №27, 1982).
Полученный композиционный сплав измельчают до фракции порошка и используют для приготовлении гидрореагирующей композиции и получения водорода при химической реакции с водой. Грамм порошка полученного состава при взаимодействии с водой выделяет водород в количестве 1040 мл менее чем за 1 мин при температуре 90°C.
Недостатком известного способа является сравнительно сложная и, зачастую, экологически неприемлемая технология получения гидрореагирующей композиции при активации алюминия ртутью.
Известно, что добавление к алюминию таких металлов, как галлий, индий, олово и некоторых других, но прежде всего галлия, позволяет достаточно эффективно реализовать реакцию его окисления водой при обычных условиях с образованием водорода. Когда поверхность алюминия смачивается жидким галлием или сплавом на его основе, жидкий металл проникает внутрь слитка по границам зерен с сравнительно высокой скоростью до 25 мкм/с, что приводит к быстрому охрупчиванию слитка (см. Лариков Л.Н. и др. Структурные изменения в алюминии и его сплавах при охрупчиваниии жидким галлием. // Металлофизика. 1990. Т. 12, №1. С. 115-117).
Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ активации алюминия для получения водорода, включающий получение активирующего сплава на основе галлия и индия, его смешивание в инертной атмосфере с алюминием и механохимическую обработку указанной смеси, преимущественно, в шаровой мельнице (см. патент РФ №2394753, опублик. 20.07.2010 - прототип).
Особенностью известного способа является то, что активирующий сплав получают из группы металлов: галлий, индий, олово и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| индий | 10-40 |
| олово | 1-40 |
| цинк | 1-20 |
| галлий | остальное, |
затем в инертной атмосфере смешивают полученный сплав с алюминием при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| эвтектический сплав | 1-10 |
| алюминий | остальное, |
после чего указанную смесь подвергают механохимической обработке при температуре 20-80°C в течение 1-5 мин, преимущественно, в планетарной шаровой мельнице.
К недостаткам известного способа следует отнести ограничения по полноте реакции окисления активированного алюминия и скорости выделения водорода при пониженном содержании активных веществ в гидрореагирующей композиции. В частности, анализ имеющихся экспериментальных данных показывает, что при содержании подобного эвтектического сплава в гидрореагирующей композиции в диапазоне около 1-2 мас. % выход водорода за первый час реакции окисления алюминия составляет менее 65%, при этом остальная часть непрореагировавшего алюминия выделяет водород в течение 40-80 час и более. С другой стороны, при содержании эвтектического сплава в гидрореагирующей композиции в диапазоне около 7-10 мас. % общее количество галлия и индия (иначе галламы) относительно велико, что приводит к недостаточной рентабельности технологии получения данной композиции.
Техническим результатом изобретения является увеличение полноты реакции окисления активированного алюминия при пониженном содержании галлия и индия в гидрореагирующей композиции. Дополнительный технический результат заключается в повышении скорости генерирования водорода, обеспечении возможности ее регулирования, а также в повышении рентабельности технологии активации алюминия.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе активации алюминия для получения водорода, включающем получение активирующего сплава на основе галлия и индия, его смешивание в инертной атмосфере с алюминием и механохимическую обработку указанной смеси в шаровой мельнице, согласно изобретению, приготавливают смесь компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас. %, нагревают смесь до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| эвтектический сплав | 1-3,5 |
| абразивное вещество | 2-5 |
| алюминий | остальное, |
после чего смесь подвергают механохимической обработке в инертной атмосфере при температуре 20-80°C в течение 5-20 мин.
Такое выполнение способа позволяет достичь указанный технический результат, связанный с увеличением полноты реакции окисления активированного алюминия и повышением скорости генерирования водорода в первые десятки минут с возможностью регулирования процесса окисления алюминия на начальных и последующих стадиях путем добавления в композицию абразивного компонента. Кроме того, повышается рентабельность технологии получения активированного алюминия при использовании сравнительно недорогой и эффективной гидрореагирующей композиции, содержащей меньшее количество дорогостоящих компонентов, что особенно важно при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах.
Использование в предложенном способе каждого из указанных компонентов гидрореагирующей композиции связано с рядом факторов: доступности, стоимости, времени выделения водорода и др. В частности, использование наиболее перспективных трехкомпонентных сплавов для изготовления единицы массы гидрореагирующей композиции оказывается дешевле, чем для двухкомпонентных и многокомпонентных сплавов. В качестве активирующего сплава в предложенном способе предпочтительно используется трехкомпонентный сплав с указанным или близким к нему содержанием индия, олова и галлия, который обеспечивает, при прочих равных условиях, наибольшие полноту и скорость генерирования водорода для малогабаритных источников питания на топливных элементах. В качестве исходного сырья используется металлический алюминий в виде гранул размером 0,1-1,5 мм, а для получения активирующего сплава употребляются указанные металлы чистотой не ниже ХЧ или ЧДА.
Данный способ активации алюминия не препятствует использованию в активирующем сплаве других металлов, например, таких как цинк, однако это не приводит, при прочих равных условиях, к дополнительному увеличению полноты реакции окисления алюминия. Предложенные способ и используемый состав гидрореагирующей композиции прошли опытную проверку в ОИВТ РАН и показали положительные результаты при использовании картриджей для получения водорода в портативных топливных элементах.
По данным указанных экспериментальных исследований для достижения технического результата количественный состав компонентов абразивного вещества из группы хлорид натрия или оксид алюминия не должен снижаться менее 2 мас. % в связи с практическим уменьшением эффекта абразивной активации алюминия в присутствии галламы, а превышение указанного количества абразива более 5 мас. % эффект активации стабилизируется вблизи максимума по полноте и скорости выделения водорода. При этом количественный состав компонентов активирующего сплава в гидрореагирующей композиции не должен снижаться менее 1 мас. % из-за значительного увеличения поверхности негалламированных зерен алюминия, а его увеличение более 3,5 мас. % нецелесообразно, поскольку не обеспечивает дополнительного выхода водорода за первые 20-60 мин реакции окисления алюминия.
В свою очередь, экспериментально установлен оптимальный режим механохимической обработки смеси эвтектического сплава с порошкообразными алюминием и абразивным веществом, осуществляемый по предложенному способу в инертной атмосфере в рабочем объеме шаровой мельницы при температуре 20-80°C. При температуре обработки смеси меньше 20°C активация алюминия сравнительно мала из-за ухудшения условий образования жидкой пленки и снижения диффузии компонентов жидкометаллической фазы в объем зерен алюминия, а при температуре более 80°C - не технологична. Механохимическая обработка полученной порошкообразной композиции наиболее эффективна при помоле в указанных условиях в течение 5-20 мин с использованием вибрационной шаровой мельницы типа АГО-2У при стандартном ускорении в диапазоне 300-1200 м/с2, развиваемом ее мелющими телами - стальными шарами (65X13) диаметром 10-15 мм. Обработка гидрореагирующей композиции в шаровой мельнице на конечных стадиях помола обеспечивает дисперсность частиц получаемого порошка в диапазоне 10-100 мкм, в том числе благодаря наличию указанного абразивного материала.
Предложенный способ активации алюминия для получения водорода реализуют в несколько этапов: приготавливают активирующий сплав на основе галлам, смешивают его с порошками абразивного материала и алюминия и осуществляют механохимическую обработку смеси в шаровой мельнице. Для получения активирующего сплава на основе индия, олова и галлия смешивают их гранулированные компоненты в указанном предпочтительном соотношении. На аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают определенное количество металлического галлия (ТУ 48-4-350-84, ГОСТ 12797-77), индия (ТУ 48-4-447-84, ГОСТ 10297-94)) и олова Sn (ТУ 6-09-2704-88) и помещают их при нормальных условиях в стеклографитовый тигель. Затем указанную смесь нагревают в течение 15 мин в сушильном шкафу при температуре около 300°C (температура плавления олова 231°C), после чего приготовленный жидкий эвтектический сплав выдерживают на воздухе для остывания в естественных условиях до комнатной температуры, что занимает примерно 30-40 мин. После этого полученный жидкий эвтектический сплав в количестве 1-3,5 мас. % смешивают при нормальных условиях уже в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,1-1,5 мм. В качестве последнего выбраны компоненты абразивного вещества из группы хлорид натрия или оксид алюминия в диапазоне 2-5 мас. % при указанных количествах эвтектического сплава и алюминия. Смесь подвергают механохимической обработке при температуре 20-80°C в течение 5-20 мин в указанной шаровой мельнице с частотой вращения 1500 об/мин. Затем извлекают активированный алюминий в объеме бокса с инертной атмосферой, взвешивают на аналитических весах и размещают в пластиковых пробирках с притертыми крышками. Активированный алюминий представляет собой мелкодисперсный порошок с максимальным размером частиц около 100 мкм, реагирующий с высокой скоростью с водой при комнатой температуре.
Процесс активации алюминия по предложенному способу происходит, прежде всего, за счет добавления к металлическому алюминию указанного жидкого эвтектического сплава на основе галлия, индия и олова, что приводит к снижению механической прочности компактных зерен алюминия по границам кристаллической решетки и служит основной причиной последующего дробления вплоть до монокристаллического состояния. При этом нанесенная на поверхность алюминия жидкая эвтектика препятствует образованию оксидной пленки и приводит к увеличению реакционной способности металла по отношению к воде.
Другим важным фактором активации алюминия является увеличение поверхности контакта частиц алюминия за счет уменьшения их размеров. Значительная поверхность частиц приводит к тому, что большее количество молекул воды вступают в реакцию с поверхностью алюминия. Однако из-за податливой (пластичной) природы алюминия обычный механический размол его недостаточно эффективен. Для улучшения помола алюминия согласно предложенному способу необходимо использовать метод механохимической обработки с использованием абразивного кристаллического хлорида натрия или оксида алюминия в качестве мелющего вещества. Соль NaCl и оксид Al2O3 тверже алюминия, они экономически доступны, нетоксичны и экологически безопасны, кроме того, соль NaCl легко растворима в воде. Из-за хрупкости частиц хлорида натрия или оксида алюминия во время помола они ломаются и острыми краями проникают внутрь частиц алюминия, тем самым создавая на поверхности частиц алюминия области, обладающие повышенной активностью к молекулам воды. Кроме того, мелющее вещество препятствует частицам алюминия склеиваться при размалывании, что дополнительно способствует уменьшению размера частиц. При механохимическом размоле в частицах алюминия возникает множество дефектов в виде дислокаций, вакансий и др. Эти факторы увеличивают активность реакции окисления алюминия, в результате скорость и эффективность выделения водорода растет.
Повышение эффективности реакции гидролиза алюминия, предварительно молотого с абразивным веществом, происходит вследствие того, что молекулы воды взаимодействуют с образовавшейся во время размола поверхностью, еще не покрытой оксидной пленкой. Тем самым области или зоны на поверхности частиц алюминия, обладающие повышенной активностью, увеличивают доступ молекулам воды внутрь частиц алюминия, за счет чего реакция окисления более полная и быстрая. В отношении абразивного материала NaCl кристаллы соли, образовавшие в процессе помола, растворяются в воде и формируют на поверхности алюминиевых частиц, так называемые «соляные ворота», которые дополнительно увеличивают доступ молекулам воды к частицам алюминия. Указанный эффект наблюдается также при дополнительном растворении указанного количества хлорида натрия в воде в водородных картриджах в портативных топливных элементах.
Выход водорода при реализации предложенного способа определяли газометрическим методом по объему выделившегося при реакции водорода в экспериментальной лабораторной установке, включающей измерительный цилиндр, бюретку с реакционной водой и реактор водорода в виде стеклянного реакционного сосуда с трубкой для отвода газа. Запас энергоемкости по водороду для полученных образцов алюминия, активированного по предложенному способу, определяется массой алюминия, при взаимодействии 1 г которого с водой выделяется до 1,2 л водорода, при этом скорости выделения водорода на начальных стадиях находятся в диапазоне 1250-1440 мл/г⋅мин. При проведении реакции при повышенной температуре реакционный сосуд помещался в водяной термостат, поддерживающий температуру с точностью ±0,1 град, при этом имелась возможность периодически во время реакции перемешивать содержимое реактора.
Ниже приведены примеры реализации способа активации алюминия для получения водорода, основанные на результатах экспериментальных исследований, результаты которых частично представлены на Фиг. 1 (графики a, b, c, d, e, f, g).
Пример 1. Активация алюминия при 1% NaCl и 3,2% галламы.
Для приготовления общей смеси рассчитывают массы компонентов, исходя из того, что масса готовой смеси для эффективного перемола должна составлять 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,58 г, NaCl - 0,1 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,32 г соответственно. Предварительно отдельно смешивают алюминий с солью хлорида натрия, затем к данной смеси добавляется галламу и полученная смесь перемалывается в шаровой мельнице в течение 10 мин. Полученный активированный алюминий пересыпают в герметичную пробирку в атмосфере аргона. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-a), по которой выход водорода составил 83% в течение 25 мин, причем основной выход (80%) был получен в течение первых 5 мин.
Пример 2. Активация алюминия при 2% NaCl и 3,2% галламы.
Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия при этом составляет 9,48 г, NaCl - 0,2 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,32 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 15 мин. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-b), по которой выход водорода составил 87% в течение 25 мин, причем основной выход (80%) был получен в течение первых 5 минут.
Пример 3. Активация алюминия при 3.1% NaCl и 3.2% галламы.
Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,39 г, NaCl - 0,30 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,31 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 10 мин. В результате испытания активности гидрореагируюшей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-c), по которой выход водорода составил 91% в течение 25 мин, причем основной выход (более 80%) был получен в течение первых 5 минут.
Пример 4. Активация алюминия при 4.9% NaCl и 3.2% галламы.
Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9.22 г, NaCl - 0.48 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,30 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 15 мин. В результате испытания активности гидрореагируюшей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-d), по которой выход водорода составил 90% в течение 22 мин, причем основной выход (более 80%) был получен в течение первых 5 минут.
Пример 5. Активация алюминия при 4,9% Al2O3 и 3,2% галламы.
Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,22 г, Al2O3 - 0,48 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,30 г соответственно. Смешивание алюминия с Al2O3 и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 20 мин. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-g), по которой выход водорода составил 85% в течение 25 мин, причем основной выход (58%) был получен в течение первых 20 минут. Это позволяет регулировать скорость выделения водорода, что важно для стабилизации работы источников питания на топливных элементах.
Для сравнения с полученными результатами на фиг. 1 приведены кинетические кривые «e», «f», соответственно, для активации алюминия с использованием 3,4% и 5% галламы в прежних условиях приготовления общей массы готовой смеси 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,66 г (9,5 г) а галламы с соотношением тех же компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0.34 г (0,5 г), соответственно, при времени помола 10-15 мин. Активность гидрореагируюшей композиции по кинетическим кривым (Фиг. 1 - кривые «e», «f»), по выходу водорода составила 82% (92%) в течение 25 мин.
Лабораторные испытания предложенного способа активации алюминия для получения водорода проводились на лабораторной базе ОИВТ РАН. Кинетические и количественные данные по измерению объемов водорода, выделившегося при взаимодействии алюминия с водой, проводили с использованием избытка воды против стехиометрии реакции. Проведенные исследования подтверждают достижение технического результата при использовании предложенного способа активации алюминия для получения водорода. По результатам указанных исследований в ОИВТ РАН был разработан генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах для аппаратуры приема и обработки информации и, в частности, для внешнего источника питания (зарядного устройства) сотовых телефонов различных модификаций. Испытания генератора водорода также подтвердили основные технические данные и эффективность предложенного способа.
Claims (3)
- Способ активации алюминия для получения водорода, включающий получение активирующего сплава на основе галлия и индия, его смешивание в инертной атмосфере с алюминием и механохимическую обработку указанной смеси в шаровой мельнице, отличающийся тем, что приготавливают смесь компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас.%, нагревают смесь до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
эвтектический сплав 1-3,5 абразивное вещество 2-5 алюминий остальное, - после чего смесь подвергают механохимической обработке в инертной атмосфере при температуре 20-80°C в течение 5-20 мин.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014143582A RU2606449C2 (ru) | 2014-10-29 | 2014-10-29 | Способ активации алюминия для получения водорода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014143582A RU2606449C2 (ru) | 2014-10-29 | 2014-10-29 | Способ активации алюминия для получения водорода |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014143582A RU2014143582A (ru) | 2016-05-20 |
| RU2606449C2 true RU2606449C2 (ru) | 2017-01-10 |
Family
ID=56011872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014143582A RU2606449C2 (ru) | 2014-10-29 | 2014-10-29 | Способ активации алюминия для получения водорода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606449C2 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110155943B (zh) * | 2019-05-13 | 2020-09-08 | 湖北工业大学 | 超高活性水解制氢铝基复合材料及其制备方法 |
| CN114506814B (zh) * | 2022-01-20 | 2023-03-24 | 清华大学 | 铝活化制氢方法、制氢装置以及发电设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2344989C2 (ru) * | 2006-06-21 | 2009-01-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт машиностроения имени В.В.Бахирева" (ОАО "ГосНИИмаш") | Алюминиевый порошковый материал и способ его получения |
| RU2394753C1 (ru) * | 2009-04-01 | 2010-07-20 | Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран) | Гидрореагирующая композиция для получения водорода и способ ее приготовления |
| RU2397141C2 (ru) * | 2008-10-07 | 2010-08-20 | Институт химии твердого тела УрО РАН | Способ получения водорода и химический реактор для его осуществления |
| RU2414424C2 (ru) * | 2009-05-04 | 2011-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Способ активирования алюминия и устройство для его реализации |
| US8418435B2 (en) * | 2008-06-13 | 2013-04-16 | Nagi Hatoum | Method for production of power from aluminum |
-
2014
- 2014-10-29 RU RU2014143582A patent/RU2606449C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2344989C2 (ru) * | 2006-06-21 | 2009-01-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт машиностроения имени В.В.Бахирева" (ОАО "ГосНИИмаш") | Алюминиевый порошковый материал и способ его получения |
| US8418435B2 (en) * | 2008-06-13 | 2013-04-16 | Nagi Hatoum | Method for production of power from aluminum |
| RU2397141C2 (ru) * | 2008-10-07 | 2010-08-20 | Институт химии твердого тела УрО РАН | Способ получения водорода и химический реактор для его осуществления |
| RU2394753C1 (ru) * | 2009-04-01 | 2010-07-20 | Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран) | Гидрореагирующая композиция для получения водорода и способ ее приготовления |
| RU2414424C2 (ru) * | 2009-05-04 | 2011-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Способ активирования алюминия и устройство для его реализации |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014143582A (ru) | 2016-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ilyukhina et al. | Studies on microstructure of activated aluminum and its hydrogen generation properties in aluminum/water reaction | |
| Parmuzina et al. | Activation of aluminium metal to evolve hydrogen from water | |
| Jacobsohn et al. | Y2O3: Bi nanophosphor: Solution combustion synthesis, structure, and luminescence | |
| Zavorotynska et al. | Hydrogen cycling in γ-Mg (BH 4) 2 with cobalt-based additives | |
| US20050191236A1 (en) | Mixed hydrogen generation material | |
| Ahmad et al. | Hexagonally ordered KLaF4 host: phase-controlled synthesis and luminescence studies | |
| RU2606449C2 (ru) | Способ активации алюминия для получения водорода | |
| Zadorozhnyy et al. | Mechanochemical synthesis and hydrogen sorption properties of nanocrystalline TiFe | |
| Chaudhary et al. | Mechanochemical synthesis of amorphous silicon nanoparticles | |
| Manilevich et al. | Studies of the hydrolysis of aluminum activated by additions of Ga–In–Sn eutectic alloy, bismuth, or antimony | |
| Sappl et al. | Facile one-step syntheses of several complex ionic lithium gallates from LiGa as intermetallic precursors | |
| Thomas et al. | Hambergite-rich melt inclusions in morganite crystals from the Muiane pegmatite, Mozambique and some remarks on the paragenesis of hambergite | |
| Manilevich et al. | Studies of mechanochemically activated aluminum powders for generating hydrogen from water | |
| CN105417496B (zh) | 一种钠的硼氢化合物的合成方法 | |
| JP4853810B2 (ja) | 水素貯蔵材料およびその製造方法 | |
| McDonald et al. | Synthesis of GAGG: Ce3+ powder for ceramics using mechanochemical and solution combustion methods | |
| RU2394753C1 (ru) | Гидрореагирующая композиция для получения водорода и способ ее приготовления | |
| Chen et al. | Controlled fabrication and optical properties of uniform CeO 2 hollow spheres | |
| Novoselov et al. | Synthesis of a bismuth germanium oxide source material for Bi4Ge3O12 crystal growth | |
| Kozin et al. | Kinetics and mechanism of interaction of aluminum and magnesium of Al-Mg-Bi ternary system with water | |
| RU2535104C1 (ru) | СПОСОБ СИНТЕЗА ПОРОШКА ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NdNi5 В РАСПЛАВЕ СОЛЕЙ | |
| CN104724672B (zh) | 一种(NH4)2TiF6掺杂的硼基储氢材料及制备方法 | |
| EP3083494B1 (fr) | Procédé de synthèse d'un peroxyde ou hydroxoperoxyde mixte d'un actinyle et d'au moins un cation métallique di-, tri- ou tétrachargé, peroxyde ou hydroxoperoxyde mixte ainsi obtenu et leurs applications | |
| CN114167475A (zh) | 一种LiF-CaF2:Eu基有机/无机复合闪烁体及其制备方法和应用 | |
| Johnstone et al. | Synthesis and characterization of iodovanadinite using PdI 2, an iodine source for the immobilisation of radioiodine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171030 |