一种水解制氢用镁基氢化物复合体系及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种水解制氢用镁基氢化物复合体系及其制备方法和应用，该复合体系是按照如下方法制备得到的：取摩尔比为３０∶１～４９∶１镁粉和镍粉，在用量为镁粉和镍粉混合物总重量３～１０％的催化剂和有机分散剂作用下氢化燃烧合成，再进行强力机械球磨；所得水解制氢用镁基氢化物复合体系中镁氢化物占氢化物重量百分比为９５～９８％，镁镍氢化物２～５％；所述催化剂为石墨、Ｂ、Ａｌ、Ｌａ、Ｃａ、Ｖ、Ｃｅ、Ｎｂ中的一种，镁氢化物为ＭｇＨ２，镁镍氢化物为Ｍｇ２ＮｉＨ４和Ｍｇ２ＮｉＨ０．３以任意比混合物。本发明专利技术复合体系理论制氢量高达１６００ｍｌ／ｇ，并且该镁基氢化物复合体系的制备工艺省时、省能、工艺简单，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源化学和化学电源产品
，具体涉及一种水解制氢用镁基氢 化物复合体系及其制备方法和制氢应用。
技术介绍
随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大，传统化石能源日趋枯竭，CO2的排 放致使温室效应日益严重。在这种情况下，人们迫切需要开发新型绿色替代能源，氢能便是 最有前景的能量形式之一。氢是一种高能量密度、清洁的新能源，并且来源广泛，本身对人 体无毒副作用。近几年，燃料电池发展迅速，特别是质子交换膜燃料电池，因其工作效率高， 反应温度低等优点，有望成为21世纪的重要发电方式。氢作为燃料电池的最佳燃料，可直 接将氢能转化为电能。但是，用氢气作燃料电池的燃料也存在许多困难，主要是缺乏方便、 可直接利用的供氢方法和安全、高效、经济、轻便的储氢技术。目前为燃料电池供氢的方式主要有四种1)高压气态储氢法；2)低温液态储氢 法；3)固态储氢法；4)甲醇、汽油或天然气重整制氢法。前三种方法可以看成是将氢通过 不同方式存储起来，在需要时通过改变存储环境达到放氢的效果，第四种方法则是直接制 取氢气。其中固态储氢法利用储氢合金、配位氢化物等储存氢，这种技术的储氢体积密度较 高，从储氢量和安全性来最具有很大的发展空间。在众多储氢合金中，镁基储氢合金由于由 于储氢容量高、资源丰富、质量轻和对环境污染小等优点，所以被认为是最有希望的燃料电 池用储氢合金材料。但是镁基合金吸放氢温度较高，动力学性能不够理想，特别是放氢温度 通常需要达到250 300°C以上。尽管通过不懈的研究，采用不同制备方法等手段降低放氢 温度，但仍须200°C以上才能放氢，且有效放氢量有限，难以满足实际应用。随着燃料电池和氢能研究的不断深入，人们利用多种储氢供氢技术构建了不同的 移动氢气发生设备。但受吸放氢条件、产氢率、成本等因素的影响，距离实际应用仍有一定 的距离。采用镁基氢化物水解供氢是一种简单有效的制氢方法，可在常温常压下制取氢气。 但镁基氢化物的水解反应动力学性能较差，有效制氢量较低。同时氢化物的制备条件苛刻， 传统制备方法需要在300 400°C，压力达40MPa才能与氢反应，制备成本较高。本专利技术利 用氢化燃烧合成法制备低成本、高活性的镁基氢化物复合体系，结合氢化物水解技术，可在 常温常压条件下随时制取氢气，并拥有较高的制氢转化率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水解制氢用镁基氢化物复合体系的制备方法。该法原料 来源广泛，价格低廉，合成过程简单，省时省能。可规模化制备高活性水解用镁基氢化物。本专利技术的技术方案可按以下方式实施—种水解制氢用镁基氢化物复合体系，其特征在于该复合体系是按照如下方法制 备得到的取镁粉和镍粉，摩尔比为30 1 49 1，在用量为镁粉和镍粉混合物总重量 3 10%的催化剂和适量的有机分散剂的作用下氢化燃烧合成，再进行强力机械球磨；所得水解制氢用镁基氢化物复合体系中镁氢化物占氢化物总重量百分比为95 98%，镁镍 氢化物2 5% ；其中，所述催化剂为石墨、B、Al、La、Ca、V、Ce、Nb中的一种，镁氢化物为 MgH2,镁镍氢化物为M^NiH4和Mg2NiHtl. 3以任意比的混合物。所述的镁粉和镍粉的优选摩尔 比为40 1 49 1。催化剂用量优选镁粉和镍粉总重的5 7%。本专利技术水解制氢用 镁基氢化物复合体系由氢化物和催化剂组成。氢化物由镁氢化物和镁镍氢化物组成。所述的氢化燃烧合成工艺包括如下步骤将摩尔比为30 1 49 1的镁粉和 镍粉添加催化剂和适量的有机分散剂，经高能球磨预处理，混合均勻，置于压力为1 2MPa 的氢气气氛反应器中，升温到803 853K保温lh，然后降温到603 643K保温2 20h， 再自然降温至室温。所述催化剂为石墨、B、Al、La、Ca、V、Ce、Nb中的一种。所述的强力机械球磨条件优选为将氢化燃烧合成产物处于氩气或氢气气氛的保 护下，球磨时间为0. 5 20h，球料比为20 1 50 1。所述的氢化燃烧合成之前可采用强力机械球磨进行预处理，球磨时间为0. 5 20h，球料比为20 1 50 1。上述镁基氢化物复合体系的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤a:以30 1 49 1摩尔比取镁粉和镍粉，添加镁粉和镍粉混合物总质量3 10%的催化剂和适量的有机分散剂，混合均勻；b 通过强力机械球磨预处理步骤a得到的混合物，烘干；球磨条件为混合物处于 氩气或氢气气氛的保护下，球磨时间为0.5 20h，球料比为20 1 50 1;c 将步骤a或b得到的混合物进行氢化燃烧合成；d 强力机械球磨步骤c制备的产物，得到本专利技术镁基氢化物复合体系；强力机械 球磨条件为步骤c制备的产物处于氩气或氢气气氛的保护下，球磨时间为0. 5 20h，球 料比为20 1 50 1。所述的氢化燃烧合成为将步骤“a”或“b”得到的混合物置于压力为1 2MPa的 氢气气氛反应器中，升温到803 853K保温lh，然后降温到603 643K保温2 20h，自然降温至室温。本专利技术所述的有机分散剂可为乙醇或者丙酮，用量为与镁粉和镍粉的混合物总重 之比为 1-2 1 (ml/g) ο步骤b和d中的强力机械球磨条件可为行星式高能球磨机，混合物可置于氩气或 氢气气氛下的IOOml不锈钢球磨罐内，球磨时间优选为0.5 10h，球料比优选为30 1 40 1。以上原料市场均有销售，对原料粒度性质无特殊要求。将上述方法制得的镁基氢化物复合体系与水溶液发生水解反应，释放出氢气，反 应所需水溶液可以是中性、酸性溶液。水解反应可在常压，低于100°c条件下进行。本专利技术 所述的镁基氢化物复合体系可在水解制氢中应用，具有显著的效果。本专利技术提供的上述镁基氢化物复合体系与水解制氢反应，可为便携式或其他移动 式氢燃料交通工具提供氢源，适用于室内、户外等多种环境。与现有技术比较本专利技术的有益效果1.本专利技术组合工艺制备的镁基氢化物复合体系具有省时、省能、工艺简单的特点， 易于工业化大规模生产，适合市场化推广。而且本专利技术镁基氢化物复合体系理论制氢量最高可达1600ml/g。下面对方案优选范围进行说明将镁粉(粒径为45 μ m,纯度99 % )和镍粉(粒径2 3 μ m，纯度99. 99 % )按摩尔比45 1称取共10g，与Ig催化剂(催化剂分别为石墨、铝粉、镧粉、钙粉或钒粉)混合 均勻，加入适量丙酮(用量为与镁粉和镍粉的混合物总重之比1 2 lml/g)，超声分散 60min，在温度为326K的烘箱中将其烘干。将混合物置于IOOml不锈钢球磨罐内，抽真空后 充入0. IMPa氩气，反复3次后使球磨罐内为高纯度氩气保护性气氛。采用行星式高能球磨 机进行强力球磨，球磨时间为5h，球料比为20 1。将球磨后的混合物浆料置于真空干燥 箱内干燥至恒重后装入样品舟，放入合成炉内，不经压制，直接氢化燃烧合成。为避免氧化， 先用真空泵将合成炉内的气体压力抽至25Pa，然后通入0. IMPa的氩气再次抽真空，如此重 复3次后通入氢气至2. OMPa,以平均lOK/min的速度升温到823K，在此温度保温lh，自然降 温至623K。选择3个不同的保温时间，如表1所示，以确定最佳保温时间。通过lmol/L稀 盐酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水解制氢用镁基氢化物复合体系，其特征在于该复合体系包括如下步骤制备得到的：取镁粉和镍粉，摩尔比为３０∶１～４９∶１，在用量为镁粉和镍粉混合物总重量３～１０％的催化剂和适量的有机分散剂的作用下氢化燃烧合成，再进行强力机械球磨；所得水解制氢用镁基氢化物复合体系中镁氢化物占氢化物总重量百分比为９５～９８％，镁镍氢化物为２～５％；其中，所述催化剂为石墨、Ｂ、Ａｌ、Ｌａ、Ｃａ、Ｖ、Ｃｅ、Ｎｂ中的一种，镁氢化物为ＭｇＨ↓［２］，镁镍氢化物为Ｍｇ↓［２］ＮｉＨ↓［４］和Ｍｇ↓［２］ＮｉＨ↓［０．３］以任意比的混合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李李泉，朱云峰，沈品，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]