一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法与流程

本发明属于固体储氢，涉及一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法。

背景技术：

1、随着全球温室减排问题的加剧，世界各国都在向清洁低碳化的能源之路转型。氢能作为最重要的清洁能源形式之一，因此愈发得到重视。

2、氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，是21世纪新能源体系的主流发展方向，氢具有燃烧热值高的特点，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢能作为一种应用广泛的能源形式，可以作为燃料直接为交通、工业直接提供能源动力。并且因为可以作为液态储存，也可以作为能量储存器，可实现与多类型能源（可再生能源、化石能源、核能）融合，根据供需关系实现灵活的能量储存，解决能源供需的时空平衡问题。并且，氢能源作为工业生产和工业脱碳的重要基础原料，既可用于产品制备，也可同工业生产捕集的co2结合，转化为化工产品。可以说，氢能源就是可再生的“石油”资源。

3、然而氢的储运是“制储输用”氢能产业链中的瓶颈问题。目前储氢有高压气态储氢、液态储氢和固态储氢3种方式。在储氢实际应用中，安全和高密度储存是人们关心的首要问题，其次为经济性和便利性。固态储氢本质上具有最为接近解决储氢首要问题的特征，可为氢能的高密度高安全储运提供重要的解决方案，原因有二：一是体积储氢密度最高，二是储氢安全性好。

4、钛是一种重要的战略资源，广泛应用于国防、航天、航空和国民经济的许多领域，长期的实验和工业生产实践证明，钛及钛合金是被公认的可替代钢、不锈钢、铜及其合金的材料和解决设备腐蚀问题的理想的金属结构材料。由于钛的化学性质非常活泼，氢将于原子、分子或氢化物的形式储存于间隙、缺陷或金属间化合物中，在一定条件下反复吸、放氢，储氢量是材料本身体积的1000~1300倍，有很大的潜力作为储氢合金的主要吸氢组元。

5、固体储氢中的钛系储氢合金通常有ti-fe、ti-mn、ti-cr、ti-zr等，主要以ab型的tife合金为代表。tife储氢合金成本低、易制取、室温下吸放氢速度快，另外其循环寿命长，可以达到2000次以上，是稀土储氢合金的4倍，而原料成本仅为稀土储氢合金的三分之一。但易生成致密的tio2层而很难被活化，活化后极易与空气中的o2、co2、h2o等杂质气体接触并丧失吸放氢活性。目前，主要通过元素合金化和表面处理等手段来解决这些问题，目前，主要通过元素合金化和表面处理等手段来解决这些问题，通常采用ni、mn、cr等过渡元素来取代tife中部分fe，从而改善合金的活化性能。

6、钛基储氢合金的制备方法不同，导致钛基储氢合金的结构、热稳定性和吸放氢的差异比较大。ti-fe复合体的制备方法有真空熔炼技术首先制成块体，然后采用高能球磨（获得纳米粉体）或甩带法（获得薄膜）或雾化法（获得超细粉体）等，其中haiqin qu等人采用射频磁悬浮熔炼制备了tife0.86mn0.1-xcox合金。物料在水冷铜炉中及氩气保护下进行熔炼。真空熔炼、机械粉碎的方法投资大、成本高，而更为重要的是得到的粉体较粗（很难达到纳米级，或者说要达到纳米级需要高能球磨），这就导致比表面积减小，吸附氢性能欠佳。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，所得复合粉体具有不规则状，粒径小、比表面积大，提升了储放氢量，提高了氢储运的便利性和安全性，解决了现有技术中存在的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

3、s1，将六水合三氯化铁和钛酸四丁酯按照质量比1：5~7加入至蒸馏水中，搅拌使其充分溶解分散，待混合均匀后加入无水乙醇搅拌均匀，而后调节溶液ph至8~9；

4、s2，将所得混合物在120~150℃下水热反应16~20h，得到复合粉体产物；

5、s3，用蒸馏水洗涤，过滤粉末产物，过滤和清洗多次后于50~60℃下干燥20~24h；

6、s4，将干燥后产物置入管式炉中，在h2气氛下以8~10℃/min升温速率于750~800℃烧结2~3 h，还原所得产物，然后研磨得到纳米钛铁复合粉体，存在空位、晶格畸变，利于氢的吸附和储存。

7、本发明的有益效果是：

8、本发明以六水合三氯化铁和钛酸四丁酯为原料，经过特定工艺参数的水热反应，再经过还原、研磨得到不规则状的复合粉体，粒径小、比表面积大，同时内部具有足够多的晶格缺陷，氢通过扩散能够储存在原子间隙或材料缺陷处，形成物理上吸附状态的氢气。此外，复合粉体除钛之外，还有关键的铁元素，一方面改善钛的活化性能，使其容易吸附氢，另一方面铁也易于和氢气发生反应，多方面共同作用，提升了储放氢量，提高了氢储运的便利性和安全性。

技术特征：

1.一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述s1中，加入无水乙醇后搅拌2~3h。

3.根据权利要求1所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述s1中，采用氨水调节ph。

4.根据权利要求1所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述s2中，所用的反应釜为tc4钛合金。

5.根据权利要求1所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述s4中，研磨罐采用1cr18ni9ti不锈钢罐。

6.根据权利要求1所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述s4中，研磨球采用不锈钢球。

7.根据权利要求6所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述球料体积比1：1~1.5。

8.根据权利要求1所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述装料量为研磨罐体积的40~50%。

9.根据权利要求1所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述s4中，在氮气或氩气保护下进行研磨。

10.根据权利要求1所述一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，其特征在于，所述s4中，研磨时间为15~20小时，转速200~300转每分钟。

技术总结
本发明公开了一种储氢纳米钛基复合粉体的制备方法，包括：将六水合三氯化铁和钛酸四丁酯按照质量比1：5~7加入至蒸馏水中，搅拌使其充分溶解分散，待混合均匀后加入无水乙醇搅拌均匀，而后调节溶液pH至8~9；将所得混合物在120~150℃下水热反应16~20h，得到复合粉体产物；用蒸馏水洗涤，过滤粉末产物，过滤和清洗多次后于50~60℃下干燥20~24h；将干燥后产物置入管式炉中，在H<subgt;2</subgt;气氛下于750~800℃烧结2~3 h，还原所得产物，然后研磨得到纳米钛铁复合粉体。本发明所得复合粉体具有不规则状，粒径小、比表面积大，提升了储放氢量，提高了氢储运的便利性和安全性。

技术研发人员：原冬冬,陈文革,周传华,王娟华
受保护的技术使用者：陕西钛普稀有金属材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25