专利名称：一种镓铝合金、制备方法及其在制氢领域的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及合金，具体涉及一种镓铝合金、制备方法及其在制氢领域中 的应用。
技术背景近年来，能源短缺危机使人类对化石燃料的替代品的需要更加迫切。人 们普遍认为氢能够成为未来替代石油作为汽车主要燃料的候选能源。氢燃烧 时其生成物不污染空气，同时在地球上以水的形式广泛存在，氢比现存的各 类燃料的能效比都高。尽管氢燃料存在种种优点，但由于氢的生产和运输成 本居高不下，现在它还不能取代石油等化石燃料在世界能源结构中的支配地 位。现在普遍采用的制氢方法是电解水。水电解工艺并不复杂，但是耗电量太大。大规模采用电解水工艺制氢太过昂贵。而加热的方法需要250(TC以上 的温度才能分解水分子，也是不实用的。加上储氢环节又把成本拉高很多， 即使能够达到技术指标也是不能应用的，而且成本过高的制氢方法也不适应 未来的氢经济体系，因为氢经济立足于氢的可再生性，因此生产氢的原料必 须是水或其他可再生物质。根据金属活动性表，越排在前面的金属越活泼，排在后面的则反之，单 质纳、钾能直接与水反应产生氢气，但由于纳、钾过于活泼，遇到水即发生 爆炸，不易操作，且纳、钾单质的制取与保存都很麻烦，经济性差。相对纳、 钾排在表后的铁很稳定，单质铁也很容易制取，可铁又过于稳定，单质铁与 水生成氢气的反应十分缓慢，所以铁也不失理想的制氢物。不过可以根据金 属活动性表推断，在纳、钾与铁之间一定有一种即能与水迅速反应生成氢气 又容易操作安全可靠的金属。在这里镁铝都比较合适。其中铝在地壳中的含 量为7.7%，是含量最多的金属，生产成本比镁低，因而铝即比镁更适于制备 氢。铝的金属活动性介于纳、钾与铁之间，铝的单质也易制取，理论上铝可 以与水发生置换反应产生氢气，但在常温下，当铝暴露在空气中时，其表面 会生成一层致密的稳定的氧化物薄膜，该氧化物薄膜阻止了铝进一步被氧化， 但同时也阻止了铝与水的反应，而不能从水中置换出氢气，使常温下用铝和 水反应来制备氢气成为长期以来未能解决的难题，也使在此方面的研究长期 处于一种停滞不前的状态。 发明内容本发明的目的在于，突破现有技术理论的禁锢，克服现有技术上的难关， 提供一种原料来源丰富、制备简单、可在常温下与水快速反应产生氢气的镓 铝合金；本发明的另一目的在于，提供所述镓铝合金的制备方法； 本发明的目的还在于，提供所述镓铝合金在制氢领域中的具体应用。 本发明实现上述目的所提供的技术方案是一种镓铝合金，其包括以下重量份组分10 90%的金属铝和10 90%的金属镓。优选的， 一种镓铝合金，包括10%的金属铝和90%的金属镓。 优选的， 一种镓铝合金，包括20%的金属铝和80%的金属镓。 优选的， 一种镓铝合金，包括50%的金属铝和50%的金属镓。 优选的， 一种镓铝合金，包括80%的金属铝和20%的金属镓。 优选的， 一种镓铝合金，包括90%的金属铝和10%的金属镓。 一种前述镓铝合金的制备方法，其包括以下步骤-(1) 取金属铝，放入加工机中加工成粉末状或颗粒状，取出备用。(2) 取金属镓加热到IO(TC恒温备用。(3) 按铝镓重量比例为l:9称取加工后的铝和加热后的金属镓，放入容器 中混合，在N2保护下，缓慢加热到800 1100。C，维持5 10min。(4) 将前步熔融液倾倒到一个预先加热到30(TC的模具里，缓慢冷却直至室温，脱模，制备所述镓铝合金。一种前述镓铝合金在制氢领域中的应用，常温下，使所述镓铝合金遇水， 迅速产生无色无味的氢气，此过程中的化学反应方程式为2A1+6H20=2A1(0H)3+3H2T 。本发明提供的镓铝合金，其在干燥的空气中具有很好的稳定性，能和水 快速反应产生氢，用这样的合金分解水，短时内即可制备大量的氢气，而且 对制备设备温度要求低，容易操作。其与水在反应的过程中不间断地产生氢 气，由于氢气的冲击作用，使在反应中生成的氢氧化铝不会附着在未参加反 应的镓铝合金表面，因此反应不会被生成的氢氧化铝沉淀物阻断，保证了反 应的继续进行。本发明所提供的镓铝合金产生氢气的机理为该合金中的铝通过反应分 解水，在此过程中产生高纯度的氢气。合金中的镓是关键成分，因为常温下 铝和氢氧根结合后在铝的表面形成一层氢氧化铝薄膜，而镓能阻止这个薄膜 的形成，使反应继续下去，直到所有的铝都被用来产生氢气。此过程中产生 的氢氧化铝可回收出售或循环处理再生成铝。镓铝合金中的镓是惰性金属， 这意味着它也可以被回收和重复使用，因为目前镓比铝要贵得多，回收可以. 降低生产氢气成本。此外，在用铝土矿生产铝的同时，镓一般作为废弃物被 浪费了，因此低成本的镓可以作为铝土矿废品来购买，反应过程可以使用低 纯度的镓，低纯度镓的成本要比用于电子行业的高纯度的镓低好多倍。另外，改变镓铝合金制成工艺可使合金中的金属成分比例发生改变(提 高铝在合金中所占的比重)，也可大大降低成本。研究人员发现，通过分别 对金属铝与金属镓进行先加工和缓慢冷却熔体合金的方法而制成的颗粒中， 含有80%的铝和20%的镓，而未经过先加工的金属和使用快速冷却的方法制 成的颗粒中铝和镓的比例几近相反。从反应原理分析，因为在此反应中铝是 供应电子的元素，合金中的金属铝所占的比重越大，相同质量的合金与水反 应产生的氢气越多。本发明的有益效果是打破了长期以来人们一直认为的铝在常温下与水 反应特别慢的技术偏见，向该镓铝合金材料中直接加入水，能迅速反应产生 无色无味的氢气。且所述合金原料来源广泛，制作工艺简单，这一技术进展 将克服氢气的制造、储存和运输等氢气利用的主要障碍，可以应用到高尔夫 球车、潜艇、汽车、燃氢发动机、便携式发电机、燃料电池等上，具有广泛 的商业应用前景。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
本发明提供的镓铝合金，其由金属单质铝和镓组成，包括以下重量份组 分10 90%的金属铝和10 90%的金属镓。还可以包括其它成分的催化剂或保护剂。具体地实施例1.*本实施例所提供的镓铝合金，其中铝镓的重量比例为9:1。本实施例还提供了一种上述镓铝合金的制备方法，其步骤为.(1)取金 属单质铝，放入加工机中加工成粉末状或颗粒状，取出备用；(2)取金属镓加热到IO(TC恒温备用；G)按铝镓重量比例为l:9称取加工后的铝和加热后 的金属镓，放入容器中混合，在N2保护下，缓慢加热到800 110(TC，此时 混合物曾熔融状态，维持60 80min后，倾倒到一个预先加热到30(TC的模 具里，缓慢冷却直至室温，脱模，制备成所述镓铝合金。根据实际需要可以 将模具做成不同的形状，进而得到不同形状的镓铝合金。上述的镓铝合金在制氢领域的应用，常温下使其遇水时，其可与水迅速 发生反应，单质铝变成氢氧化铝，并在此过程中产生无色无味的氢气，该气 体遇空气颜色不变，而且具有纯氢气的可燃性、还原性以不纯氢气的爆鸣性， 此过程的化学反应方程式为2Al+6H2O2Al(0H)3+3H2T。实施例2:本实施例提供的一种镓铝合金、制备方法及其在制氢领域的 应用，其组分、方法及应用基本上与实施例l相同，其不同之处在于，该镓 铝合金包括以下重量份比例的原料铝20%和镓80%。实施例3:本实施例提供的一种镓铝合金、制备方法及其在制氢领域的 应用，其组分、方法及应用基本上与实施例l相同，其不同之处在于，该镓 铝合金包括以下重量份比例的原料铝50%和镓50%。实施例4:本实施例提供的一种镓铝合金、制备方法及其在制氢领域的 应用，其组分、方法及应用基本上与实施例l相同，其不同之处在于，该镓 铝合金包括以下重量份比例的原料铝80%和镓20%。实施例5:本实施例提供的一种镓铝合金、制备方法及其在制氢领域的 应用，其组分、方法及应用基本上与实施例l相同，其不同之处在于，该镓 铝合金包括以下重量份比例的原料铝90%和镓10%。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的组分、方法及应用， 均在本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种镓铝合金，其特征在于，包括以下重量份组分10～90％的金属铝和10～90％的金属镓。
2. 根据权利要求1所述的镓铝合金，其特征在于包括10%的金 属铝和90%的金属镓。
3. 根据权利要求1所述的镓铝合金，其特征在于包括20%的金 属铝和80%的金属镓。
4. 根据权利要求1所述的镓铝合金，其特征在于包括50%的金 属铝和50%的金属镓。
5. 根据权利要求1所述的镓铝合金，其特征在于包括80%的金 属铝和20%的金属镓。
6. 根据权利要求1所述的镓铝合金，其特征在于包括90%的金 属铝和10%的金属镓。
7. —种权利要求1所述的镓铝合金的制备方法，其特征在于， 其包括以下步骤(1) 取金属铝，放入加工机中加工成粉末状或颗粒状，取出备用。(2) 取金属镓加热到IO(TC恒温备用。(3) 按铝镓重量比例为1:9称取加工后的铝和加热后的金属镓， 放入容器中混合，在N2保护下，缓慢加热到800 110(TC，维持60 120min。(4) 将前步熔融液倾倒到一个预先加热到30(TC的模具里，缓慢 冷却直至室温，脱模，制备所述镓铝合金。
8. —种权利要求1所述的镓铝合金在制氢领域的应用，其特征在 于，常温下，使所述镓铝合金遇水，其遇水后迅速反应释放出无色无 味的氢气，此过程中的化.学反应方程式为 2A1+6H20=2A1(0H)3+3H2T 。
全文摘要
本发明提供了一种原料来源丰富、制备简单、可在常温下与水快速反应产生氢气的镓铝合金、制备方法及其在制氢领域中的应用，所述镓铝合金包括以下重量份组分10～90％的金属铝和10～90％的金属镓，所述合金在常温下可与水迅速发生反应产生氢气。这一技术将克服氢气的制造、储存和运输等氢气利用的主要障碍，可以应用到高尔夫球车、潜艇、汽车、燃氢发动机、便携式发电机、燃料电池等上，具有广泛的商业应用前景。
文档编号C22C21/00GK101235451SQ20081000695
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月28日 优先权日2008年1月28日
发明者君 刘 申请人:君 刘