【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及废水净化的，具体而言，涉及烧结金属多孔材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、人们日常生活和工业生产中会产生大量废水。这些废水中大多有含有含量超标的污染物，需要经过处理后排放。随着氢能源产业的发展，社会对氢的需求量逐渐增大，而大规模、廉价地生产氢气是开发和利用氢能的重要前提。如果能够将上述废水用来制氢，则有望将负担变为动力。
2、在众多的制氢方法中，电解废水制氢的成本低、产物无污染、技术优势明显，但是仍存在以下问题需解决。传统废水制氢工艺首先需要对废水中的有机物进行净化处理和纯化处理(通常是生化反应和芬顿氧化反应)，这样可以减少有机物对电极材料使用造成不利影响，但是这样会导致水处理的工艺较长，能耗较高。
3、在电解废水制氢的过程中，阴极一般产生氢气，阳极根据电解液的不同可以产生氧气、氯气、二氧化碳、二氧化硫等气体。理想的阳极材料首先应当具备通用性，能够在各种电解液中表现出较好电化学性能，例如，既可以用于析出氧气，也可以用于析出氯气。其次，为了在一定电能下得到尽可能高的电流密度和小的过电位，需要电极材料具有高表面积、高导电性、良好的催化活性、长期的机械和化学稳定性、廉价安全等特性。
4、通常，pt、pd、au等贵金属被认为是具有优异高效电催化性能的电极材料。然而，在碱性水体中的电解过程涉及多过程的水解离，电解效率远不及在酸性水体中，即便是采用贵金属电极，对碱性水体的电解效率的提升也非常有限。并且，贵金属的来源稀少、价格昂贵，无法实现大规模工业化生产。
5、因此，需要开发
技术实现思路
1、第一方面，本专利技术的主要目的在于提供烧结金属多孔材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中镍合金阳极材料存在的通用性差、过电位高、电压稳定性差、耐腐蚀较差的技术问题。
2、为了实现上述第一方面的目的，本专利技术首先提供了烧结金属多孔材料及其制备方法，技术方案如下：
3、烧结金属多孔材料，具有三种金属层以及它们构成的层状结构，三种金属层均由ni元素和hf元素构成，三种金属层中ni元素和hf元素的比例不相同。
4、作为上述的烧结金属多孔材料的进一步改进：烧结金属多孔材料的xrd图谱中具有的物相包括hfni3金属间化合物、hf3ni7金属间化合物、hf单质和ni单质。
5、作为上述的烧结金属多孔材料的进一步改进：烧结金属多孔材料具有第一金属层、包裹第一金属层的第二金属层以及包裹第二金属层的第三金属层，ni元素含量：第一金属层＞第二金属层＞第三金属层。
6、作为上述的烧结金属多孔材料的进一步改进：所述第一金属层为多个且间隔排列。
7、烧结金属多孔材料的制备方法，包括步骤：
8、将ni粉和hf粉球磨混合，得到混合粉；
9、向混合粉中加入成形助剂，然后造粒和过筛，得到成形颗粒；
10、将成形颗粒压制成形，得到坯体；
11、对坯体进行分段升温烧结处理；
12、对坯体进行分段降温冷却处理，即得到烧结金属多孔材料。
13、作为上述的烧结金属多孔材料的制备方法的进一步改进：分段升温烧结处理在真空度下进行，升温过程具体为：从室温开始升温至烧结温度，期间每升温50～150℃后保温40～80min，升至烧结温度后保温150～200min，烧结温度为1250～1350℃，每次升温的升温速率为4～7℃/min。
14、作为上述的烧结金属多孔材料的制备方法的进一步改进：分段升温烧结处理过程为：
15、第一阶段为从室温升温到400℃，保温60min；
16、第二阶段为继续升温到500℃，保温60min；
17、第三阶段为继续升温到600℃，保温60min；
18、第四阶段为继续升温到700℃，保温60min；
19、第五阶段为继续升温到800℃，保温60min；
20、第六阶段为继续升温到900℃，保温60min；
21、第七阶段为继续升温到1000℃，保温60min；
22、第八阶段为继续升温到1100℃，保温60min；
23、第九阶段为继续升温到1300℃，保温18min。
24、作为上述的烧结金属多孔材料的制备方法的进一步改进：分段降温冷却处理在真空度下进行，降温过程具体为：
25、第一阶段为从烧结温度降温800～9000℃，降温速率为10～15℃/min；
26、第二阶段为继续降温至400～500℃，降温速率为4～7℃/min；
27、第三阶段为继续降温至100℃以下，降温速率为15～20℃/min，即得到烧结金属多孔材料。
28、为了实现上述第一方面的目的，本专利技术其次提供了电解制氢装置以及电解制氢方法，技术方案如下：
29、电解制氢装置，具有阳极，阳极采用上述第一方面所述的烧结金属多孔材料。
30、电解制氢方法，采用上述的电解制氢装置对碱性水体进行电解处理。
31、上述第一方面所述的烧结金属多孔材料及其制备方法和应用具有以下优点：
32、(1)在本专利技术中，hf(铪)位于第3族，是早期过渡金属元素，ni位于第10族，是后期过渡金属元素。钙钛矿氧化物的水裂解活性与过渡金属离子中的d轨道电子数密切相关，即早期过渡金属氧化物活性较低，后期过渡金属氧化物活性较高。本专利技术通过早期过渡金属元素和晚期过渡金属元素的协同作用，有效降低重要中间体(oh*，o*，ooh*)的反应能垒，大大提高整体水裂解效率。
33、(2)本专利技术的烧结金属多孔材料几乎不含固溶体合金，金属元素主要以金属间化合物存在，由于金属键与共价键的混合键存在形式，能够进一步优化材料的电子结构，一方面具有明显更好的强度和耐腐蚀性，另一方面可以促进电解过程中离子的吸附与释放，降低电解液体系电解液中水的解离能垒，提高电解效率，表现出良好的催化活性和稳定性。
34、(3)本专利技术采用元素粉末反应合成法制备的烧结金属多孔材料具有微米级孔隙，可以大大提高材料的比表面积，提供足够的活性位点。同时，微米级孔隙提供了气体逸出的通道，避免了气体在电极表面的富集覆盖催化活性位点。
35、(4)本专利技术的烧结金属多孔材料具有ni含量分布不同的层状结构，其中，内层的ni含量较高，有利于提高耐腐蚀性能，外层的ni含量较少，能够提供充足的可溶性金属离子，进而有助于兼顾阳极材料的稳定性和反应活性。并且，多层结构以及ni含量的梯度分布有利于在电极表面建立电势梯度，促进离子传输和电化学反应，可以实现对电化学过程的精细调控，提高电解效率。
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【技术保护点】
1.烧结金属多孔材料，其特征在于：具有三种金属层以及它们构成的层状结构，三种金属层均由Ni元素和Hf元素构成，三种金属层中Ni元素和Hf元素的比例不相同。
2.如权利要求1所述的烧结金属多孔材料，其特征在于：烧结金属多孔材料的XRD图谱中具有的物相包括HfNi3金属间化合物、Hf3Ni7金属间化合物、Hf单质和Ni单质。
3.如权利要求1所述的烧结金属多孔材料，其特征在于：烧结金属多孔材料具有第一金属层、包裹第一金属层的第二金属层以及包裹第二金属层的第三金属层，Ni元素含量：第一金属层＞第二金属层＞第三金属层。
4.如权利要求3所述的烧结金属多孔材料，其特征在于：所述第一金属层为多个且间隔排列。
5.权利要求1-4之一所述的烧结金属多孔材料的制备方法，其特征在于：包括步骤：
6.如权利要求5所述的烧结金属多孔材料的制备方法，其特征在于：分段升温烧结处理在真空度下进行，升温过程具体为：从室温开始升温至烧结温度，期间每升温50～150℃后保温40～80min，升至烧结温度后保温150～200min，烧结温度为1250～135
7.如权利要求6所述的烧结金属多孔材料的制备方法，其特征在于：分段升温烧结处理过程为：
8.如权利要求5所述的烧结金属多孔材料的制备方法，其特征在于：分段降温冷却处理在真空度下进行，降温过程具体为：
9.电解制氢装置，具有阳极，其特征在于：阳极采用权利要求1-4之一所述的烧结金属多孔材料，或采用权利要求5-8之一所述的制备方法制备得到的烧结金属多孔材料。
10.电解制氢方法，其特征在于：采用权利要求9所述的电解制氢装置对碱性水体进行电解处理。
...【技术特征摘要】
1.烧结金属多孔材料，其特征在于：具有三种金属层以及它们构成的层状结构，三种金属层均由ni元素和hf元素构成，三种金属层中ni元素和hf元素的比例不相同。
2.如权利要求1所述的烧结金属多孔材料，其特征在于：烧结金属多孔材料的xrd图谱中具有的物相包括hfni3金属间化合物、hf3ni7金属间化合物、hf单质和ni单质。
3.如权利要求1所述的烧结金属多孔材料，其特征在于：烧结金属多孔材料具有第一金属层、包裹第一金属层的第二金属层以及包裹第二金属层的第三金属层，ni元素含量：第一金属层＞第二金属层＞第三金属层。
4.如权利要求3所述的烧结金属多孔材料，其特征在于：所述第一金属层为多个且间隔排列。
5.权利要求1-4之一所述的烧结金属多孔材料的制备方法，其特征在于：包括步骤：
6.如权利要求5所述的烧...
【专利技术属性】
技术研发人员：何志，吴靓，赵聪，何珂桥，
申请(专利权)人：四川思达能环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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