一种水解制氢铝合金及其制备方法和应用与流程

本发明属于金属材料
技术领域：
，具体涉及一种水解制氢铝合金及其制备方法和应用。
背景技术：
：能源不仅是人类社会生存和不断向前发展的基础和重要保障，也是如今世界各国政治、经济、外交所关注的焦点。纵观历史，人类社会的每一次进步都伴随着能源的变化。现阶段世界能源构成还是以煤、石油、天然气三大传统能源为主。而现如今，我国经济发展步入新常态，能源消费增速放缓，但发展质量和效率问题突出，供给侧结构性改革刻不容缓。氢是元素周期表中的一号元素，也是已知元素中最小最轻的元素，同时氢也是宇宙中最丰富的元素，宇宙物质的构成元素中氢超过了90％。氢气和氧气燃烧生成水，生成物不仅无污染而且反应释放出巨大的能量，这种能量就是氢能。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。然而，氢能工业化过程中受到制氢技术、储氢技术、运氢技术等三方面限制而难于广泛实施。化解上述问题，实现氢能有效安全利用的途径之一就是实现实时制氢和用氢。即采用廉价可控的制氢方式，随时制氢，随时使用，免除氢气在使用过程中的存储和运输难题。因此，寻找新的制氢技术成为解决氢能利用的关键。为了化解上述问题，实现氢能有效安全利用的重要途径之一就是实现即时制氢。现阶段常用的制氢方法主要是通过制氢材料水解制氢，其中铝合金水解制氢是目前比较热门的研究课题。中国专利cn104451214b、cn106191541a、cn105970031a和cn106011554a分别公开相关水解制氢铝合金及制备方法，上述专利的制氢铝合金的原料中，均使用了低熔点的ga或in，由于ga、in的成本较高从而导致制氢铝合金成本相应上升，从而提高了制氢成本。随着氢能的发展，保障制氢铝合金产氢性能的同时降低制氢成本，一直是科研人员急于解决的关键问题。在保障制氢铝合金产氢性能基础上，大大降低制氢铝合金的成本，有利于实现制氢铝合金的规模化应用与商业化推广。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种与添加ga或in制氢铝合金产氢性能相当，但成本相对较低的水解制氢铝合金；本发明第二方面的目的，在于提出一种水解制氢铝合金的制备方法；本发明第三方面的目的，在于提出一种水解制氢铝合金的应用。为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种水解制氢铝合金，其由如下质量百分含量的原料组成：al90～95wt％和添加剂5～10wt％；所述添加剂为金属单质、金属氧化物和金属氯化物中的一种或多种；所述金属单质包括镁、锑、锌、铅、镉、铋、锡、钾和钠中的一种或多种；所述金属氧化物包括氧化镁、氧化锑、氧化锌、氧化铅、氧化镉、氧化铋、氧化锡、氧化钾和氧化钠中的一种或多种；所述金属氯化物包括氯化镁、氯化锑、氯化锌、氯化铅、氯化镉、氯化铋、氯化锡、氯化钾和氯化钠中的一种或多种。本发明的技术方案提供一种水解制氢铝合金的制备方法，包括如下步骤：s1.按质量百分比称取原料；s2.按比例称量好原料和磨球，在惰性气体保护下将所述原料球磨混合均匀后，在惰性气体保护下取出，即得到水解制氢铝合金。本发明的技术方案还提供了一种水解制氢铝合金在制氢领域中的应用。与现有技术相比，本发明的有益效果包括：1、本发明的水解制氢铝合金中通过向铝中添加特定种类的金属单质、金属氧化物或金属氯化物，提高了合金的活性，从而提高了材料的水解制氢性能；2、本发明中的水解制氢铝合金中使用的添加剂为价格低廉的金属单质、金属氧化物或金属氯化物，与ga或in等成本较高的金属相比，在保证产氢性能的同时，大大降低了水解制氢铝合金的成本；3、本发明的水解制氢铝合金的制备方法简单，适用于工业化生产；4、本发明提供的制氢铝合金可与水反应实时制氢，不受水温水质的限制，使用方便。附图说明图1为实施例1～3中得到的制氢铝合金水解制氢效果图；图2为实施例3所得制氢铝合金在不同水质中的水解制氢效果图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的实施例提供了一种水解制氢铝合金，其由如下质量百分含量的原料组成：al90～95wt％和添加剂5～10wt％；所述添加剂为金属单质、金属氧化物和金属氯化物中的一种或多种；所述金属单质包括镁(mg)、锑(sb)、锌(zn)、铅(pb)、镉(cd)、铋(bi)、锡(sn)、钾(k)和钠(na)中的一种或多种；所述金属氧化物包括氧化镁、氧化锑、氧化锌、氧化铅、氧化镉、氧化铋、氧化锡、氧化钾和氧化钠中的一种或多种；所述金属氯化物包括氯化镁、氯化锑、氯化锌、氯化铅、氯化镉、氯化铋、氯化锡、氯化钾和氯化钠中的一种或多种。在本发明的一些优选实施方式中，水解制氢铝合金由如下质量百分含量的原料组成：al92～95wt％和添加剂5～8wt％。在本发明的一些优选实施方式中，al为粒度20～80μm的铝粉，铝粉的纯度大于99％；通过铝粉粒径的优化，以提高合金的水解产氢性能。本发明对al的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本发明的一些优选实施方式中，添加剂为金属单质、金属氧化物和金属氯化物的混合物；在制备过程中，金属单质和金属氧化物会破坏铝表面致密的氧化物，提高铝水反应的反应活性；金属氯化物会消除铝粉的团聚现象，并且使金属铝表面产生大量的表面缺陷，提高合金的水解制氢性能。进一步优选地，添加剂为pb、mgcl2和zno的混合物。本发明中，添加剂以颗粒添加剂的形式提供，在本发明的一些优选实施方式中，颗粒添加剂的粒径为20～100μm；进一步优选地，颗粒添加剂的粒径为50～80μm。本发明的实施例还提供了一种水解制氢铝合金的制备方法，包括如下步骤：(1)按质量百分比称取原料；(2)按比例称量好原料和磨球，然后在惰性气体保护下进行装料，将装填好料的球磨罐对称放置与于行星式球磨机转盘上并固定，球磨混合均匀后，在惰性气体保护下取出，即得到水解制氢铝合金。本发明中，水解制氢铝合金在整个制备过程中在惰性气体保护下进行；在本发明的一些优选实施方式中，水解制氢铝合金在整个制备过程中在氩气保护下进行。本发明采用气氛保护方式，避免合金元素发生氧化，影响合金的产氢性能。在本发明的一些优选实施方式中，球料比(磨球与原料的质量比)为5～10：1；进一步优选地，球料比为8～10：1；更优选地，球料比为10：1。在本发明的一些优选实施方式中，球磨转速为150～200r/min，球磨时间为0.5～2h；进一步优选地，球磨转速为180～200r/min，球磨时间为0.5～1.5h；更优选地，球磨转速为200r/min，球磨时间为1h。本发明中，球磨罐的装填量为其容积的3/4(即原料和磨球的总体积不超过球磨罐容积的3/4)，以保证原料充分混合均匀，并避免原料团聚。本发明中，制得水解制氢铝合金后，将水解制氢铝合金进行封装保存，所述封装具体为惰性气体包装。本发明对惰性气体包装的方式，没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的惰性气体包装方式即可。在本发明的一些优选实施方式中，封装在氩气气氛进行，对物料先进行真空抽取，然后充入氩气，即得到氩气包装的物料。本发明的实施例还提供了水解制氢铝合金在制氢领域中的应用。本发明中，水解制氢铝合金制氢采用如下方法：将水解制氢铝合金投加到常温水中，制备氢气；常温水为海水、生活污水、自来水或矿泉水。本发明对所述常温水的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1：本发明的实施例1提供了一种水解制氢铝合金，其由如下质量百分含量的原料组成：al，94wt％；k，2wt％和bi2o3，4wt％。。该水解制氢铝合金采用如下方法制备：(1)按质量百分比称取各原料；(2)按球料比为10：1称量好原料和磨球，然后在氩气保护环境下进行装料，磨球与原料按球磨罐容积的3/4进行装填，将装填好料的球磨罐对称放置与于行星式球磨机转盘上并固定，随后在200r/min转速下球磨0.5小时；(3)将球磨好的混合材料，在氩气保护下取出，即得到水解制氢铝合金。实施例2：按照实施例1的方式制备铝合金，区别在于，原料为：al，93wt％；zn，4wt％和sncl2，3wt％。实施例3：按照实施例1的方式制备铝合金，区别在于，原料为：al，94wt％；pb，2wt％；mgcl2，2wt％和zno，2wt％。比较例1：比较例1为公开号cn106191541a专利申请中产氢性能最好的实施例，即原料为：al，88wt％；ga，3wt％；in，2wt％；sr，3wt％和sncl2，4wt％。分别将实施例1～3所得制氢铝合金在常压条件下投加至25℃自来水中，测试产氢性能。测试结果如图1所示。由图1可知，本发明得到的实施例1～3产氢量分别为760ml/g、1140ml/g、1147ml/g和1247ml/g，由图1可知，可见实施例3中制得的制氢铝合金的产氢量最高。由公开号cn106191541a专利申请可知，添加ga或in制氢铝合金的产氢性能最好的实施例，产氢量为1210ml/g；由此可知，本发明中的制氢铝合金的产氢性能与现有添加ga或in技术所制备的制氢铝合金产氢性能相当。为了考察制氢铝合金在不同水质中的产氢性能，选择实施例7在海水、生活污水、自来水和矿泉水中进行试验，试验结果如图2所示。由图2可知，本发明得到的铝合金在海水、生活污水、自来水和矿泉水中均能正常水解制氢，该铝合金在海水中的产氢量可达到1274ml/g，在生活污水中的产氢量可达到1190ml/g，在自来水中的产氢量可达到1247ml/g，在矿泉水中的产氢量可达到1225ml/g。比较例1中产氢量为1210ml/g。本发明中制氢铝合金的产氢性能与比较例1产氢性能相当，表1对比了实施例中产氢性能与比较例1产氢性能相当制氢铝合金的成本，通过归一化处理可以发现比较例1制氢铝合金的成本明显高于本发明实施例，其中实施例3的成本仅为比较例1成本的0.18。通过对比产氢性能和成本可以明显发现，本发明所制备的制氢铝合金与现有添加ga、in技术所制备的制氢铝合金产氢性能相当，但成本远低于现有技术。表1.制氢铝合金成本对比组别归一化后成本实施例10.47实施例20.21实施例30.18比较例11本发明提供的制氢铝合金，制氢铝合金的性能与现有成熟添加贵金属技术相比，在保障制氢铝合金产氢性能前提下，成本相对于现有技术明显下降，这必将有利于制氢铝合金的工业化应用。以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。当前第1页12