一种镁基水解制氢复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁基水解制氢复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，通过熔剂保护法制备Mg

【技术实现步骤摘要】
一种镁基水解制氢复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种镁基水解制氢复合材料及其制备方法，属于制氢材料及其制备工艺


技术介绍

[0002]开发清洁、高效的新能源是解决当今社会能源危机及环境污染的关键，氢由于来源广、能值高、无污染等优点而成为研究的重点，开发一种简单、绿色、安全、高效、廉价的制氢技术对氢能的规模化使用至关重要。
[0003]目前工业用氢主要来源于有机物的裂解，并不是一种绿色、可再生的制氢方法，通过电解水制氢亦需考虑电的来源，并需要复杂的设备，受地域限制。
[0004]金属材料水解制氢近来备受关注，常温常压下，镁、铝等金属可自发与水发生水解反应生成氢气，水解反应对环境无污染，理论产氢量较高，进一步开发有望在移动制氢端实现工业化应用。金属镁价格便宜，地球储量高，水解反应制氢转化率高，Mg(OH)2沉淀是反应的唯一副产物，对环境无污染，但快速生成的Mg(OH)2会显著降低其反应速率。有效促进水解过程中Mg(OH)2的剥落，对改善镁基材料水解制氢性能具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是，针对现有的镁基材料水解过程中Mg(OH)2阻碍水解反应进一步进行的问题，提供一种镁基水解制氢复合材料的制备方法，基于Mg2Ca相可与水反应，生成Mg(OH)2、Ca(OH)2与H2，理论产氢量高，在镁中添加少量Ni/Ca可获得层状组织，Mg与Mg2Ca/Mg2Ni相交替分布，形成原电池加速水解反应，利用碳纳米管的分散性制备多孔片状复合材料，将细化的镁基合金粉体有效隔离，帮助水解反应中的传质过程，并有效促进Mg(OH)2沉淀物的剥落，使获得的镁基水解制氢复合材料在长时间内产氢率持续增长，说明本专利技术的复合材料生成的Mg(OH)2可有效剥落，不会影响复合材料的制氢反应速率。
[0006]本专利技术的另一目的是，本专利技术提供一种采用本专利技术的制备方法获得的镁基水解制氢复合材料。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种镁基水解制氢复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，通过熔剂保护法制备Mg
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Ca
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Ni三元合金；步骤二，将得到的Mg
‑
Ca
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Ni三元合金进行机械粉碎，得到Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni合金颗粒；步骤三，将多壁碳纳米管MWCNTs与Mg
‑
Mg2Ca
‑
Mg2Ni合金颗粒进行短时高能球磨，得到细化的Mg
‑
Mg2Ca
‑
Mg2Ni
‑
MWCNTs复合粉末；步骤四，将细化的Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni
‑
MWCNTs复合粉末放入压片模具中，使用压片机压制成块状或片状材料，得到多孔的镁基水解制氢复合材料。
[0008]Mg
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Ca
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Ni三元合金中，Ca元素的质量分数范围为10%~20%，优选为13%~15%；Ni元素
的质量分数范围为0~10%，优选为3%~5%。
[0009]细化的Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni
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MWCNTs复合粉末中，多壁碳纳米管MWCNTs的质量分数为0~5%，优选为2%~5%。
[0010]Mg
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Ca
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Ni三元合金的制备方法为，将Mg、Mg
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20wt.%Ca中间合金、Mg
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45wt.%Ni中间合金按重量比例称重，Mg的质量额外添加5%用于平衡烧损，然后置于石墨坩埚中，添加熔剂将金属覆盖，后于电阻炉中加热至820℃并在820℃保温30分钟，保温期间充分搅拌，然后将金属熔体倒入不锈钢模具中凝固。
[0011]熔剂为覆盖剂，所述覆盖剂包括RJ
‑
2覆盖剂。
[0012]步骤二中，机械粉碎的方法为：采用氩气保护下的高能球磨粉碎方法，球磨时间为1小时，球料比30：1，转速为875转/分钟。
[0013]步骤三中，先将多壁碳纳米管MWCNTs与Mg
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Mg2Ca
‑
Mg2Ni合金颗粒在球磨机内进行混料，混料时间为10分钟，后在氩气保护下进行高能球磨，球磨时间为20分钟，球料比30：1，转速为875转/分钟。
[0014]步骤四中，压片模具为单冲式压片机，压片时，所用压力为3~4MPa，保压时间为8min，压制所得材料直径为12~20mm，厚度为3~5mm。
[0015]根据本专利技术所述的制备方法获得的镁基水解制氢复合材料，镁基水解制氢复合材料为Mg与Mg2Ca/Mg2Ni相交替分布的层状组织。
[0016]镁基水解制氢复合材料与水自发反应生成Mg(OH)2、Ca(OH)2及H2；镁基水解制氢复合材料的产氢速率快，在0分钟即可达到400mL/g的产氢率；在0~110分钟内产氢率持续增长，为400~800 mL/g的产氢率。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术制得的Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni
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MWCNTs水解制氢复合材料中，基体Mg与Mg2Ca/Mg2Ni第二相呈层状交替分布，该结构有助于水解过程中Mg(OH)2钝化层的剥落，且Mg2Ca/Mg2Ni相与Mg形成原电池，加速水解过程中的电子转移，利用MWCNTs的分散性，可保证压片后的细小Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni合金粉体保持快速连续的水解反应，有助于Mg(OH)2钝化层的剥落。
[0018]2.所得Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni
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MWCNTs水解制氢复合材料产氢率高，Mg2Ca相可自发与水反应生成Mg(OH)2、Ca(OH)2及H2，原材料利用率高。
[0019]3.本专利技术制备工艺简单、耗时短、高效、廉价，可快速制备大量氢气，转化率高，适合工业化、规模化生产。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的工艺流程图；图2为本专利技术细化的Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni
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MWCNTs复合粉末的SEM图；图3为本专利技术镁基水解制氢复合材料的常温常压下在海水中的水解制氢动力学曲线。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说
明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0022]实施例1如图1所示，一种镁基水解制氢复合材料的制备方法，把金属Mg（99.99%）、Mg
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20wt.%Ca和Mg
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45wt.%Ni中间合金按比例配料，其中Ca的质量分数为10%，Ni的质量分数为5%，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁基水解制氢复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过熔剂保护法制备Mg
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Ca
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Ni三元合金；步骤二，将得到的Mg
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Ca
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Ni三元合金进行机械粉碎，得到Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni合金颗粒；步骤三，将多壁碳纳米管MWCNTs与Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni合金颗粒进行短时高能球磨，得到细化的Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni
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MWCNTs复合粉末；步骤四，将细化的Mg
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Mg2Ca
‑
Mg2Ni
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MWCNTs复合粉末放入压片模具中，使用压片机压制成块状或片状材料，得到多孔的镁基水解制氢复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Mg
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Ca
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Ni三元合金中，Ca元素的质量分数范围为10%~20%，Ni元素的质量分数范围为0~10%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，细化的Mg
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Mg2Ca
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Mg2Ni
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MWCNTs复合粉末中，多壁碳纳米管MWCNTs的质量分数为0~5%。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，Mg
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Ca
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Ni三元合金的制备方法为，将Mg、Mg
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：解立帅，章晓波，巴志新，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：