一种固态水解制氢剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固态水解制氢剂及其制备方法，属于氢能技术领域。该制氢剂由硼氢化钠、纳米多孔铜镍固溶体粉末和氢氧化钠所构成，三者的重量比为1:1～8:5。制备时，先将金属镁条、铜片和镍片熔炼成镁

A solid hydrolysis hydrogen generator and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种固态水解制氢剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于氢能
，具体涉及一种固态水解制氢剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢能具有燃烧热值高、清洁无污染、来源广泛等优点，是人类未来理想的二次能源。氢能系统包括氢的制备、储运和应用等环节，其中，高效、低成本氢气的制备是实现氢能规模化应用的前提。氢气的制备方法包括电解水制氢、化石燃料制氢和化学物质水解制氢等。其中，化学物质水解制氢具有产氢易控、和氢气纯度高等优点，可直接应用于燃料电池，是一种新型的制氢技术。
[0003]常见的固态水解制氢剂包括金属、氨硼烷和硼氢化钠等。金属水解制氢剂，如镁，铝，锌和铁等，是利用金属与水发生反应产生氢气，由于镁和铝产生氢气的条件更加温和，所以更适合作为制备氢气的材料。但是镁和铝表面的氧化膜往往会抑制其水解反应的进行[Huang M,Ouyang L,Chen Z,et al,International Journal of Hydrogen Energy,2017,42(35):22305]。氨硼烷水溶液在常温常压下可以稳定存在，需要添加催化剂才可以促进其放氢。氨硼烷对催化剂的要求不高，一般具有催化效果的金属颗粒都可以促进其水解，但是，只有贵金属才表现出优异的催化效果[Can H,MetinApplied Catalysis B:Environmental,2012,125:304]。硼氢化钠水解制氢效率高，产氢量大，氢气纯度高，具有较高的安全性以及环境友好等特点，并且在催化剂的作用下可以实现室温下快速释放氢气，是近年来研究的热门材料。例如，Soltani等使用共沉淀法在活性炭上制备出双金属Ni
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Co催化剂，30℃下其催化NaBH4水解的最大放氢速率达到740.7mL
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‑1[Soltani M,Zabihi M,International Journal of Hydrogen Energy,2020,45(22):12331]。虽然固态水解制氢剂的研究已有很大的进展，但离规模化商业应用还有一定距离。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有化学物质水解制氢技术的不足，提供了一种固态水解制氢剂及其制备方法，以期该制氢剂低成本和易于规模化生产，能满足室温下快速水解放氢。
[0005]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。
[0006]本专利技术所提供的固态水解制氢剂由硼氢化钠、纳米多孔铜镍固溶体粉末和氢氧化钠所构成，三者的重量比为1:1～8:5。
[0007]本专利技术所提供的固态水解制氢剂的制备方法包括下述步骤：
[0008](1)采用真空感应熔炼法将原子比为67:20:13的镁条、铜片和镍片熔炼成镁
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铜
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镍合金，并将合金机械粉碎成粒度小于75μm的粉末，再将合金粉末放入球磨罐中进行球磨处理；
[0009](2)将步骤(1)所得的球磨后的合金粉末缓慢倒入柠檬酸溶液中进行搅拌，将处理后的固体产物洗涤并干燥，得到纳米多孔铜镍固溶体粉末；
[0010](3)按照1:1～8:5的重量比将硼氢化钠与步骤(2)所得的纳米多孔铜镍固溶体粉
末、氢氧化钠机械混合，即可获得所述的固态水解制氢剂。
[0011]作为一种优化，该制氢剂由硼氢化钠、纳米多孔铜镍固溶体粉末和氢氧化钠按照1:5:5的重量比所构成。
[0012]作为一种优化，所述步骤(1)中的球磨参数：球料比30:1，球磨时间2～5h，转速400rpm。
[0013]作为一种优化，所述步骤(2)中柠檬酸溶液的浓度为0.2～0.5mol/L，温度25～30℃，搅拌时间2～4h。
[0014]本专利技术的科学原理如下：
[0015]本专利技术以熔炼法制备的镁
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铜
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镍合金为前驱体，经球磨处理降低合金的颗粒尺寸，再经过柠檬酸溶液的脱合金处理，获得颗粒分布均匀、膨松多孔、比表面积高的铜镍固溶体粉末，从而提供更多的催化活性位点。将硼氢化钠与纳米多孔铜镍固溶体粉末、氢氧化钠机械混合，即可获得所述的固态水解制氢剂。使用时，将固态制氢剂投入到水中，硼氢化钠在纳米多孔铜镍固溶体粉末强的催化作用下，水解反应活化能得以降低，从而快速放出氢气。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0017](1)所提供的固态水解制氢剂是由金属镁、铜、镍以及硼氢化钠和氢氧化钠为初始原料，来源广泛，价格低廉。
[0018](2)所提供的固态水解制氢剂是由硼氢化钠、氢氧化钠与纳米多孔铜镍固溶体粉末机械混合而成，工艺简单，安全可靠。
[0019](3)所提供的固态水解制氢剂加入到水中即可实现快速放氢，操作简单，性能优异。本专利技术固态水解制氢剂在25℃下80s可结束放氢，放氢量可达428mL，平均放氢速率可达447mL
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附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中纳米多孔铜镍固溶体粉末的X射线衍射及Rietveld精修图谱。
[0021]图2为本专利技术实施例1中纳米多孔铜镍固溶体粉末的扫描电镜照片。
[0022]图3为本专利技术实施例1中固态水解制氢剂的放氢曲线。
[0023]图4为本专利技术实施例2中固态水解制氢剂的放氢曲线。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。
[0025]实施例1
[0026]采用真空感应熔炼法将原子比为67:20:13，纯度不低于99％的镁条、铜片和镍片熔炼成镁
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铜
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镍合金。然后，将合金机械粉碎成粒度小于75μm的粉末后，再放入球磨罐中进行球磨处理，球料比30:1，球磨时间4h，转速400rpm。接着，将球磨后的合金粉末倒入0.2mol/L的柠檬酸溶液中，在25℃的条件下进行4h的脱合金化处理；再将处理后的固体产物先后使用蒸馏水和无水乙醇洗涤至中性，并进行真空干燥，得到纳米多孔铜镍固溶体粉末(其相组成和形貌分别见图1和图2)。最后，按1:5:5的重量比将硼氢化钠与纳米多孔铜镍
固溶体粉末、氢氧化钠机械混合，即可获得所述的固态水解制氢剂。使用时，将2.2g固态水解制氢剂加入到20mL水中，由图3可见，固态水解制氢剂在25℃下80s即可结束放氢，放氢量为428mL，经计算平均放氢速率为447mL
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‑1。并且，随温度增加，水解放氢速率不断加快。
[0027]实施例2
[0028]采用真空感应熔炼法将原子比为67:20:13，纯度不低于99％的镁条、铜片和镍片熔炼成镁
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铜
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镍合金。然后，将合金机械粉碎成粒度小于75μm的粉末后，再放入球磨罐中进行球磨处理，球料比30:1，球磨时间2h，转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态水解制氢剂，其特征在于，该制氢剂由硼氢化钠、纳米多孔铜镍固溶体粉末和氢氧化钠按照1:1～8:5的重量比所构成；所述固态水解制氢剂的制备包括如下步骤：(1)采用真空感应熔炼法将原子比为67:20:13的镁条、铜片和镍片熔炼成镁
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镍合金，并将合金机械粉碎成粒度小于75μm的粉末，再将合金粉末放入球磨罐中进行球磨处理；(2)将步骤(1)所得的球磨后的合金粉末缓慢倒入柠檬酸溶液中进行搅拌，将处理后的固体产物洗涤并干燥，得到纳米多孔铜镍固溶体粉末；(3)按照1:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳东明，徐浩，余进，鲍安阳，张月，李永涛，斯庭智，张庆安，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：