专利名称：一种用铝从水中置换出氢气的催化剂的制作方法
技术领域：
本发明是一种化学催化剂，具体地说是一种用铝从水中置换出氢气的催化剂。
背景技术：
19世纪以来世界能源消耗的增长率快速发展。工业革命初期，燃料以煤炭为主，进入20世纪后，地球上的人口增长了4倍，但能源消耗却增加了16倍，特别是第二次世界大战以来，石油和天然气的开采与消费开始大幅度地增加，大体以2×108吨/年的速度持续增长。其中80％的能源来自化石燃料，使人类不能不考虑能源的后续问题。20世纪70年代以来经历两次石油危机，使石油价格攀升，但石油的消费量却不见丝毫减少的趋势。随着能源消耗的增加和能源供应的危机日益加重，能源供应已经成为世界各国特别关注的问题。根据现有的估算与推测，石油和天然气将在21世纪内被开采殆尽，煤可再延续使用220年，尽管地质学家和经济学家们仍在激烈地争论石油开始匮乏的时间，但无论如何，化石燃料不久即将耗尽却是无可争辩的事实。
近年来，随着机动车保有量的迅速增长，与能源供应危机相伴而行的是全球环境的日趋恶化。自从工业革命以来，人类通过燃烧化石燃料，已经把数十亿吨有毒污染物倾倒在大气层中。矿物燃料燃烧时排放的二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、烟尘、氮氧化物、放射性漂尘等大量有害物导致大气污染、酸雨和温室效应的加剧。因此，如何为急剧增长的机动车提供可持续供应的、清洁的燃料，已成为一个紧迫的问题。制氢成本比制汽油成本本贵3倍，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。
众所周知，根据金属活动性表，越排在表前的金属(如钾、钠)越活泼，排在表后的则反之。单质钠、钾能直接与水反应生成氢气，但由于钾、钠过于活泼，遇到水即发生爆炸，不易操作，且钾、钠单质的制取与保存都很麻烦，经济性差。相对钾、钠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，所以铁也不是理想的制氢物。不过可以根据金属活动性表推断，在钾、钠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。在这里镁和铝都比较合适。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，因而铝就比镁更合适于制氢。
铝的金属活动性介于钾、钠与铁之间，铝的单质也易制取，理论上铝与水反应也能生成氢气，但是由于铝比较活泼，单质铝一与空气接触便生成一层薄薄的致密的氧化铝保护膜。这就阻止了铝与水的反应。因此让铝水反应生成氢气的关键就是如何有效去除这层氧化铝保护膜。
在现有技术中，虽然有很多从水中制取氢气的方法，其中也包括用活泼金属从水中置换氢气的方法，但从来没有人想到用金属铝同水反应从水中大量生产氢气，因为从理论上讲铝是能够从水中置换出氢气的，但实际上在铝表面致密氧化层的保护下铝是不可能从水中置换出氢气的，即使把表面氧化膜擦掉，但铝又很快生成新的氧化保护膜。
发明内容
本发明的目的在于有效破坏铝表面层的氧化膜，使铝在没有氧化膜保护的条件下不断与水加速反应，不断置换出水中氢气。本发明的目的是通过在铝件上覆盖一层催化剂来实现的，催化剂是包括由下列重量份的原料配比配制而成聚乙烯醇20～50；乙醇20～60；丙酮20～40；氯化汞0.5～1.5；水20～60。
本发明催化剂的优选配方重量份配比范围是聚乙烯醇40～50；乙醇40～60；丙酮20～25；氯化汞0.5～1.0；水40～50。
本发明催化剂最佳配方重量份配比范围是聚乙烯醇48；乙醇50；丙酮20；氯化汞1；水50。
本发明催化剂的配制方法是先将氯化汞溶于水，再加聚乙烯醇，混匀后加热到60℃，缓缓滴入乙醇和丙酮，边加边搅拌，配成透明溶液。
使用时，将铝材浸渍到催化剂溶液后立即取出或将透明的催化剂溶液喷涂或刷涂或括涂在铝材的表面约0.2～0.5mm厚的一层薄膜，晾干，欲置换水中氢气时，将覆盖有催化剂的铝材浸入水中即可。
各原料的纯度达到工业纯即可。催化剂中乙醇，丙酮和水是溶剂、聚乙烯醇是胶粘剂，氯化汞是化学药剂。本发明还可用硝酸汞或溴化汞代替原料中的氯化汞。本发明还可用甲醇代替原料中的乙醇。
具体实施例方式实施例1、秤取工业纯聚乙烯醇20g；乙醇20g；丙酮20g；氯化汞0.5g；水20g，将氯化汞溶于水，再加聚乙烯醇，混匀后加热到60℃，缓缓滴入乙醇和丙酮，边加边搅拌，至均匀透明，共得80.5g催化剂溶液，可喷涂0.16～0.32m2的铝表面。本实施例可以用硝酸汞或溴化汞代替原料氯化汞；还可用甲醇代替原料中的乙醇。
实施例2、称取聚乙烯醇50g；乙醇60g；丙酮40g；氯化汞1.5g；水60g，配制方法同实施例1，共得211.5g催化剂溶液，可喷涂0A2～0.84m2的铝表面。本实施例可以用硝酸汞或溴化汞代替原料中氯化汞；还可用甲醇代替原料中的乙醇。
实施例3、称取聚乙烯醇48g；乙醇50g；丙酮20g；氯化汞1g；水50g，配制方法同实施例1，共得169g催化剂溶液，可喷涂0.34～0.68m2铝表面。本实施例可以用硝酸汞或溴化汞代替原料中氯化汞；还可用甲醇代替原料中的乙醇。
如果用Φ1mm长10mm，涂有本发明催化剂的铝丝放入水中，在常温常压下20秒钟可制得约1升氢气。
本发明成果主要用于汽车代替汽油。汽油的低热值为43960～44200KJ/Kg，液体密度为700～750Kg/m3.以别克君威2.0G轿车为例排量为1.998L，90Km/h等速油耗为6.7L/(100Km)。取汽油低热值为44000KJ/Kg，密度为700Kg/m3.，则可计算出汽车在90Km/h等速行驶所消耗的汽油为46.9Kg，热能为2063600KJ。氢气的低热值约为119900KJ/Kg，密度约为0.089Kg/m3.。则2063600KJ热能需要17.21Kg氢气，体积为193370.79L。可见虽然汽车正常行驶所消耗的氢气质量小于汽油，但体积却远远大于汽油。所以储氢问题的实质是如何减小氢气的巨大体积。
发明人认为应该把氢气的制取放在汽车内进行，使用铝与水反应制取氢气。边制取边使用，因为铝的密度为2.7×103.Kg/M3.，所以制取17.21Kg氢气需要154.89Kg铝，而154.89Kg铝的体积约为0.057m3.，即为一个长、宽、高约为385mm的立方体，这就大大解决了氢气储存的体积问题。在铝丝直径为1mm，长度为10mm时使用铝水反应生成193370.79L氢气需要2.69h，且可以通过改变铝与水的接触面积来调整产气速度，说明铝水反应制取氢气的实用性是很强的。而且使用的铝来源很普通所以不必用纯度高的铝，生成物仅为氢氧化铝和氢气，氢氧化铝粉末可以经过收集后送进工厂电解成为铝单质，生成物可以循环使用，说明铝水反应制取氢气的经济性和环保性也是很强的。
本发明制氢方法，简单、经济、环保，它的原料、生成物都非常符合未来氢经济的要求。
权利要求
1.一种用铝从水中置换出氢气的催化剂，其特征是包括由下列重量份的原料配比配制而成聚乙烯醇20～50；乙醇20～60；丙酮20～40；氯化汞0.5～1.5；水20～60。
2.根据权利要求1所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂，其特征是由下列重量份的原料配比配制而成聚乙烯醇40～50；乙醇40～60；丙酮20～25；氯化汞0.5～1.0；水40～50。
3.根据权利要求1或2所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂，其特征是由下列重量份的原料配比配制而成聚乙烯醇48；乙醇50；丙酮20；氯化汞1；水50。
4.根据权利要求1～3所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂，其特征是可以用硝酸汞或溴化汞代替原料中的氯化汞。
5.根据权利要求1～3之一所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂，其特征是可以用甲醇代替原料中的乙醇。
6.根据权利要求1～3之一所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂的配制方法，其特征是先将氯化汞溶于水，再加聚乙烯醇混匀后加热到60℃，缓缓滴入乙醇和丙酮，边加边搅拌，配成透明溶液。
7.根据权利要求4所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂的配制方法，其特征是先将硝酸汞或溴化汞溶于水，再加聚乙烯醇混匀后加热到60℃，缓缓滴入乙醇和丙酮，边加边搅拌，配成透明溶液。
8.根据权利要求5所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂的配制方法，其特征是先将硝酸汞或溴化汞溶于水，再加聚乙烯醇混匀后加热到60℃，缓缓滴入甲醇和丙酮，边加边搅拌，配成透明溶液。
9.根据权利要求1～3之一所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂的用法，其特征是铝材浸渍到催化剂溶液或将配制好的透明溶液喷涂或刷涂或括涂在铝材的表面约0.2～0.5mm厚，晾干，将覆盖有催化剂的铝材浸到水中，置换出水中的氢气。
10.根据权利要求4～5之一所述的一种用铝从水中置换出氢气的催化剂的用法，其特征是铝材浸渍到催化剂溶液或将配制好的透明溶液喷涂或刷涂或括涂在铝材的表面约0.2～0.5mm厚，晾干，将覆盖有催化剂的铝材浸到水中，置换出水中的氢气。
全文摘要
本发明是一种用铝从水中置换出氢气的催化剂，将催化剂涂覆在铝件表面，它能有效破坏铝表面的致密的氧化铝保护层，使铝在没有氧化膜保护的条件下不断与水加速反应，置换出水中的氢气，配制催化剂，主要原料为聚乙醇烯醇、乙醇、丙酮，氯化汞和水。将这种制取氢气的方法放在汽车内进行，可以用制得的氢燃料代替汽油，方法简单、经济，非常符合未来氢经济的要求。
文档编号C01B3/08GK1836773SQ20061005103
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月29日 优先权日2006年4月29日
发明者刘欣 申请人:刘欣