本发明专利技术提供了一种液相合金与海水反应制备氢气的方法，包括以下步骤：将液态金属和产氢金属以质量比混合均匀，获得液相合金燃料；将所述液相合金燃料与海水混合，充分反应，收集氢气，即可。本发明专利技术还提供了一种液相合金与海水反应制备氢气的装置。本发明专利技术提供的方法和装置摆脱了传统固相铝合金制备耗能、低效、系统复杂等不足，且原料来源极其广泛，大大提高了氢气使用的安全性和灵活性。本发明专利技术提供的方案可用于海洋航行上直接获取能源乃至全球能源的供给，可以极大地推动海水氢能利用技术的发展，具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于制氢领域，具体涉及一种液相合金与海水直接反应产生氢气的方法及装置。
技术介绍
氢气是一种发电效率极高的清洁能源，是取代传统能源的一个较有发展前景的清洁能源，因此，对氢的获取长期以来为学术界和工业界广为重视。在各种途径中，一种获取氢的典型方法是通过光、电等手段分解水来加以制取，但在快速、低成本、低能耗方面仍然存在较大挑战。众所周知，地球上有接近四分之三的面积都为水所覆盖，其中海水占总水量的90％以上。储量丰富的海水提供了大量的水源，对于人类来说，可谓取之不尽，用之不竭，但由于海水盐度极高，无法直接利用。随着化石燃料的日益枯竭，人类解决能源的最终途径很可能将走向从海水中大规模获取氢气。无疑，若能直接以低成本方式利用海水制造氢气，将大大缓解当前的能源危机、环境污染乃至经济危机等问题。然而，海水中由于溶解有各种盐分，成因复杂，处置较为困难，这使得直接获取氢气面临诸多技术瓶颈，导致现有技术的使用成本仍居高不下，效率较低，且能耗高。此外，氢气易燃易爆，制成后需要加以仔细储存，对运输过程、加氢等利用环节的安全性要求极高。总体上，当前的制氢技术、贮存方式及运输途径等环节仍严重限制氢能的利用。在各种制氢技术中，直接利用铝基金属材料的水解反应快速获取氢气近年来受到高度重视，这是因为，金属铝可与水发生反应产生氢气，因此可确保现场制氢和即时供氢，而且铝是地球上储量最多的金属，来源广泛，成本较低，这些因素保证了这种制氢方法的广泛应用前景。但已有的铝水反应制氢存在一个天然不足，即金属铝很容易被氧化，其表面生成的致密保护膜会导致铝水反应过程不能持续进行。一种改善该过程的有效途径是合金化，即将铝制成合金或化合物，这样在加入水溶液后，一定程度可减少铝表面的氧化膜持续形成，从而确保产氢反应的进行，因此这种合金化制氢方式近年来步入人们视野，为氢能利用带来新希望。但这种方法也存在核心技术瓶颈，如，合金制成需要通过高温烧制，由此会增加能耗，且制成的固体合金与水溶液接触反应的比表面积较小，这使得产氢效率偏低，因而该方法仍然不易实用化。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术中的缺陷，提供一种液相合金与海水反应制备氢气的方法及装置。本专利技术通过大量实验发现，铝合金无需以固态方式存在即可制氢；并且，铝与一些液态金属可发生腐蚀作用，从而以液相方式分散到液态金属中，这种液相合金流体与含有NaCl、NaOH、HCl等物质的中性、碱性或酸性电解液接触后，在室温下即可源源不断地产生氢气。海水在地球上的广泛存在，其与液相合金混合后可直接反应获得氢气，从而实现海水制氢，充分利用资源。本专利技术的第一目的是提供一种液相合金与海水反应制备氢气的方法。所述方法包括以下步骤：(1)将液态金属和产氢金属以质量比80～99：1～20混合均匀，即得液相合金燃料；所述液态金属选自镓、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、铋铟合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金、铋基合金如铋铟合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金；所述产氢金属选自铝、锌、镁；(2)将所述液相合金燃料与海水以体积比1～10：50～90混合，在15～90℃、以1～100r/min的速度搅拌条件下充分反应，收集氢气，即可。本专利技术所述液态金属为室温下呈液态的金属或合金。本专利技术所述液态金属与产氢金属的质量比优选为88～92：8～12，进一步优选为9:1。所述液态金属优选为镓、铟质量比为50～90：10～50的镓铟合金，或镓、铟、锡质量比例为60～80：10～30：5～20的镓铟锡合金。更优选为镓、铟质量比为50～90：10～50的镓铟合金，或镓、铟、锡质量比例为60～80：10～30：5～20的镓铟锡合金。进一步优选为由75％镓和25％铟组成的镓铟合金，或由68.5％镓、21.5％铟和10％锡组成的镓铟锡合金。所述产氢金属优选为铝或锌，进一步优选为铝。所述海水与液相合金燃料混合前，可以经过预处理，所述预处理可以去除海水中含有的杂质，从而确保海水与液相合金燃料充分接触，防止杂质与液相合金燃料反应，提高制备氢气反应的效率。所述预处理包括以下步骤：用孔径为20nm～20um滤网对海水进行过滤。所述液相合金燃料与海水混合的体积比优选为1～2:10～18；进一步优选为1:10。根据需要，还可以在反应过程中调整温度和搅拌搅拌，以控制整个制氢过程，使液相合金燃料与海水充分反应，提高氢气的产量。作为本专利技术的优选方案，所述方法包括以下步骤：(1)将液态金属与铝以质量比88～92：8～12混合均匀，即得液相合金燃料；所述液态金属为镓、铟重量比70～80：20～30的镓铟合金，或镓、铟、锡重量比65～70：20～25：8～12的镓铟锡合金；(2)将所述液相合金燃料与经孔径20nm～20um的滤网过滤后的海水以体积比1～2:10～18混合，在15～90℃、1～100r/min搅拌速度下充分反应，收集氢气，即可。为了实现资源的充分利用，所述方法还可以包括以下步骤：(3)将收集氢气后的反应体系进行分离、还原，得到液态金属与产氢金属，制备液相合金燃料，实现循环利用。本专利技术的第二目的是提供一种液相合金与海水反应制备氢气的装置。所述装置包括：液相合金燃料与海水进行反应的反应池，分别与所述反应池入口端相连的液相合金燃料补给池和海水补给池，以及分别与所述反应池出口端相连的氢气腔和回收池。所述反应池的内壁为粗糙表面。保持一定粗糙度的表面可以增强液相合金燃料与海水、壁面间的接触面积，从而提高氢气产出率。所述反应池内设有加热器和搅拌器。在需要的条件下，可以通过加热和/或搅拌的方式促进反应，提高氢气的产率。所述液相合金燃料补给池和海水补给池分别通过设有泵和阀门的管道与反应池相连。所述泵和阀门用于将液相合金燃料和海水泵入反应池。由于本专利技术所采用的原料均为液体，将原料泵入反应池所需的能量较小，所述泵的能量来源可以为电池。所述海水补给池还通过设有泵和阀门的管道与海水相连。所述与海水相连的管道上，可以设有孔径20nm～20um防腐蚀性塑料滤网，优选为孔径500nm的防腐蚀性塑料滤网。所述过滤网可以去除海水中含有的杂质，从而防止杂质与液相合金燃料反应，确保海水与液相合金燃料充分接触，提高制备氢气反应的效率。所述回收池内设有用于分离液态金属的分离器，可将液态金属从收集氢气后的反应体系中分离。所述分离器还可以通过回收管道与液相合金燃料补给池相连，将回收后的液态金属输入液相合金燃料补给池，从而实现对贵重金属的回收利用。所述回收池内还设有用于电解还原得到产氢金属的电解电极。所述电解电极用于将废液电解还原成纯铝等产氢金属。所述电解电极优选为铂、碳、石墨、金、不锈钢中的一种。利用本专利技术提供的装置，可以将含有液态金属和制氢金属的液相合金燃料泵送入反应池，同时向反应池内泵入海水，合金燃料与海水充分反应即可产生氢气；根据需要，可适当加温和搅拌，以控制整个制氢过程；反应残留物被重新分离后再度还原为纯的制氢金属和液态金属，重新制成液相合金燃料，再度用于与海水反应产生氢气，由此实现循环制氢过程。本专利技术提供的装置中，只需终止合金燃料的供应，则氢气减弱或中断，由此控制相应的氢气输出。本专利技术提供的方案可以获得以下有益效果：本专利技术提供的液相合金海水制氢装置中摆脱了传统固相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液相合金与海水反应制备氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将液态金属和产氢金属以质量比80～99：1～20混合均匀，即得液相合金燃料；所述液态金属选自镓、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、铋铟合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金、铋基合金如铋铟合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金；所述产氢金属选自铝、锌、镁；(2)将所述液相合金燃料与海水以体积比1～10：50～90混合，在15～90℃、以1～100r/min的速度搅拌，充分反应，收集氢气，即可。
【技术特征摘要】
1.一种液相合金与海水反应制备氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将液态金属和产氢金属以质量比80～99：1～20混合均匀，即得液相合金燃料；所述液态金属选自镓、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、铋铟合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金、铋基合金如铋铟合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金；所述产氢金属选自铝、锌、镁；(2)将所述液相合金燃料与海水以体积比1～10：50～90混合，在15～90℃、以1～100r/min的速度搅拌，充分反应，收集氢气，即可。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态金属为镓、铟质量比为50～90：10～50的镓铟合金，或镓、铟、锡质量比例为60～80：10～30：5～20的镓铟锡合金；所述产氢金属为铝或锌。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述海水与液相合金燃料混合前，经过包括以下步骤的预处理：用孔径为20nm～20um滤网对海水进行过滤。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将液态金属与铝/锌以质量比88～92：8～12混合均匀，即得液相合金燃料；所述液态金属为镓、铟重量比70～80：20～30的镓铟合金，或镓、铟、锡重量比65～70：20～25：8～12的镓铟锡合金；(2)将...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，王倩，周远，袁彬，王磊，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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