專利名稱：一種氫氣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)、能源化學(xué)和化學(xué)電源產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種 氫氣的制備方法。
背景技術(shù)：
石油能源的大量消耗使世界石油資源大量減少而緊缺，全人類面臨著能 源危機(jī)。隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，燃油需求量不斷增加，導(dǎo)致石油供求關(guān)系日益緊張。此外，汽車排放的大量尾氣，因含有CO、 C02、 S02等有毒氣體，對生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染和破壞。同時(shí)，地球大氣污染對環(huán)境 的破壞使地球"溫室效應(yīng)"加重，造成地球兩極冰山的急劇溶化，廢氣的大 量排放加重了人類的生存矛盾。采用氫作為新能源，是解決能源危機(jī)的一個(gè) 有效途徑。為了滿足即將到來的氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代對氫存儲的要求，研究者力求尋找一種 經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保并且具有高存儲體積和質(zhì)量密度的儲氫方法。氫可以以氣 態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種方式存儲。高壓氣態(tài)存儲是目前常用儲氫方式，通過高強(qiáng)、輕質(zhì)復(fù)合材料制備的儲氫罐在40MPa壓力下、儲氫量可達(dá)4wt。/。；由于 這種儲氫技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在較大風(fēng)險(xiǎn)，日本明令禁止壓縮氫氣罐使用于 普通汽車。液態(tài)氫也是可行的儲氫方式，常用作火箭燃料，寶馬汽車公司曾 將其作為汽車燃料，但液氫因揮發(fā)每天損失約15wt%。通過氫與某些材料之 間可逆物理吸附或化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)固態(tài)儲氫是比較安全的儲氫方式。這些固態(tài) 儲氫介質(zhì)主要有各種儲氫合金、以NaAIH4為代表的金屬配合物、以LbN為 代表的金屬氮化物以及以碳納米管、金屬有機(jī)物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(MOFs)等為代 表的高比表面材料等。其中，基于儲氫合金的儲氫技術(shù)是研究時(shí)間最長，也 是目前研究較為廣泛的領(lǐng)域。國際能源署(IEA)要求用于移動存儲的儲氫材 料在373K (10CTC)以下的放氫量達(dá)到5wt。/。，研究中的稀土基ABs型、鈦 基AB型、鈦鋯基AB2型以及BCC固溶體型等儲氫合金由于質(zhì)量較大，理論 儲氫量較低而難以滿足這一要求。而輕質(zhì)金屬鎂及其合金由于重量輕、成本低郭儲氫量高而倍受青睞，純鎂的理論吸氫量為7.6wt%，超過了 IEA對材料 儲氫量的指標(biāo)；但是存在著吸放氫速度慢的問題，難以實(shí)用。多年來，人們利用儲氫合金儲氫、納米碳管儲氫、有機(jī)物催化或化學(xué)裂 解制氫等技術(shù)構(gòu)建移動式氫氣發(fā)生器，但由于這些方法和技術(shù)要求吸放氫條 件苛刻或產(chǎn)氫量不高，尚不能滿足應(yīng)用要求。采用鎂稀土基氫化物粉體材料 水解是一種簡便高效的制氫方法，此種方法能實(shí)現(xiàn)常溫常壓條件下的高效制氫，可以廣泛應(yīng)用。而且鎂的地球儲量豐富，地殼中含量達(dá)到2.4wt。/。，是僅 次于鋁和鐵居第二位的金屬元素，海水中含量達(dá)到0.13wt%。而我國是鎂生 產(chǎn)大國，原鎂產(chǎn)量占世界總量的2/3以上。因此，在我國開發(fā)高性能鎂基合 金制氫材料，對于氫能在我國的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種 氫氣的制備方法。該方法原料來源廣泛、價(jià)格低廉、合成過程簡單、工作安 全可靠，制氫方法簡單、效率高、成本較低，所用裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述一種氫氣的制備方法，其特征是，將鎂稀土基氫化物粉體材料MgxREyT^x-yHw與水溶液發(fā)生水解反應(yīng)，釋放出氫氣，反應(yīng)式為2MgxREyT100_x—yHw+ (2x+3y) H2〇— 2xMgO+yRE203+2 (100—x-y) T+ (w+2x+3y) H2!其中，45《x《99， 0《y《50， 0《w《2x+3y。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述鎂稀土基氫化物粉體材料MgxREyT1C)0-x— yHw的基本成分為鎂、稀土 (RE)、添加合金元素T和氫，所述稀土包括純 鑭、純鈰、純鐠、純釹或混合稀土，所述添加合金元素T是指對鎂、稀土吸 氫具有促進(jìn)作用的元素，包括過渡族金屬元素、碳、硼、鋁、硅中一種或一 種以上的混合元素。所述水溶液包括純水溶液、酸性水溶液或堿性水溶液。 所述水解反應(yīng)在低于10CTC下進(jìn)行；所述水解反應(yīng)在常溫下進(jìn)行。 所述鎂稀土基氫化物粉體材料MgxREyT^?！獂—yHw通過吸氫后再破碎或 先將金屬破碎后再氫化而獲得。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、 本發(fā)明制備的氫氣可以通過輸氫管道或者送氫泵進(jìn)入氫氣處理設(shè)備， 在氫氣儲存器儲存或者直接使用(直接作為燃料進(jìn)入汽車、輪船、飛機(jī)等交 通工具的發(fā)動機(jī)，或直接輸出至燃料電池供氫系統(tǒng)，或作為空中飛行裝置的 減重材料，或直接作為清潔燃料，為家用電器、照明提供能源等)。本發(fā)明 反應(yīng)得到的金屬氧化物重復(fù)回收精煉，可以再生重復(fù)利用。2、 本發(fā)明生產(chǎn)設(shè)施簡單易行，可以根據(jù)需求隨時(shí)隨地制取，即產(chǎn)即用， 減少了氫氣儲運(yùn)過程中存在的諸多問題。3、 本發(fā)明易于產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?、市場化。金屬鎂、稀土為我國較豐富的礦產(chǎn)金屬，容易電冶生產(chǎn)，產(chǎn)量、質(zhì)量有保證，成本較低，可回收重復(fù)冶煉 使用，這使本發(fā)明的成本價(jià)格保持較低水準(zhǔn)。4、 本發(fā)明所利用的水資源是長期可持續(xù)利用開發(fā)的能源，成本低廉，沒 有污染，是一種較為理想的清潔環(huán)保能源，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)氫氧燃燒產(chǎn)物一 一水的循環(huán)利用，這在航天航空和車載供氫系統(tǒng)中具有重要的意義，同時(shí)可 以減少攜帶的水量。5、 本發(fā)明的制氫反應(yīng)效率高，可產(chǎn)生〉7wtX的高純氫。從本發(fā)明的反 應(yīng)式可以看出，水和鎂稀土基氫化物粉體材料反應(yīng)時(shí)放出較高的能量，也會 促進(jìn)制氫反應(yīng)進(jìn)行。在該式中，反應(yīng)物也可能形成氫化物，但是不會影響放 氫率，因此僅以氧化物形式標(biāo)出。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一歩地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式 并不限于此。下述實(shí)施例中，采用的鎂稀土基氫化物粉體材料MgxREyT1(X)-x—yhL通過吸氫后再破碎或先將金屬破碎后再氫化而獲得。 實(shí)施例1將1克1\^761_3241"1210粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收 集，反應(yīng)完全后，得到0.071克氫氣，經(jīng)過干燥后收集在儲氫罐備用。 實(shí)施例2將1克Mg75Ce24NiH2Q。粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法 收集，反應(yīng)完全后，得到0.070克氫氣，將氫氣直接燃燒取熱和發(fā)光。 實(shí)施例3將1克Mg74Pr26H22Q粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.073克氫氣，將氫氣充入小氣球，氣球升空漂浮。 實(shí)施例4將1克Mg73Nd24AIT舊H8粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水 法收集，反應(yīng)完全后，得到0.037克氫氣。 實(shí)施例5將1克Mg75Mm24Coh^5粉體(Mm的組成為La、 Ce、 Pr、 Nd的原子 比為7.3 : 11.0 : 1.0 : 2.9)在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.056克氫氣。 實(shí)施例6將1克Mg75Mm24NiH咖粉體(Mm的組成為La、 Ce、 Pr、 Nd的原子 比為10.4 : 1.0 : 3.7 : 14.3)在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.047克氫氣。 實(shí)施例7將1克Mg75Mm24MnHwo粉體(Mm的組成為La、 Ce、 Pr、 Nd的原子比為4 : o : o : 96)在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.041克氫氣。 實(shí)施例8將1克Mg95Pr5H做粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收 集，反應(yīng)完全后，得到0.039克氫氣。 實(shí)施例9將1克Mg67Ni33Hwo粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收 集，反應(yīng)完全后，得到0.037克氫氣。 實(shí)施例10將1克Mg72La24Ni3CoH7o粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水 法收集，反應(yīng)完全后，得到0.041克氫氣。 實(shí)施例11將1克Mg85LawNi3Zn2H，粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排 水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.042克氫氣。 實(shí)施例12將1克Mgg。La7.5Ni2Cuo.5H化o粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用 排水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.041克氫氣。 實(shí)施例13將1克Mg49Ce49NiMnH22o粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排 水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.079克氫氣。 實(shí)施例14將1克Mg49Mrri48NiMnA舊3o粉體(Mm的組成為La、 Ce、 Pr、 Nd的 原子比為11:1:2:6)在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收集， 反應(yīng)完全后，得到0.044克氫氣。實(shí)施例15將1克Mg9oLa7NJ2ZrH2()粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水 法收集，反應(yīng)完全后，得到0.041克氫氣。 實(shí)施例16將1克Mg66CeNi33H7粉體在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收 集，反應(yīng)完全后，得到0.022克氫氣。 實(shí)施例17將1克MgsoMiTHoNh5CchoMn3Al2H7o粉體(Mm的組成為La、 Ce、 Pr、Nd的原子比為21 : 1 : 2 : 5)在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.045克氫氣。 實(shí)施例18將1克Mg45Mm5oNiCoMnAIAgH7o粉體(Mm的組成為La、 Ce、 Pr、 Nd的原子比為1:1:17:8)在常溫下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收 集，反應(yīng)完全后，得到0.075克氫氣。實(shí)施例19將1克Mg7eLa24H2!o粉體在8CTC下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收 集，反應(yīng)完全后，得到0.072克氫氣，經(jīng)過干燥后收集在儲氫罐備用。 實(shí)施例20將1克Mg75Ce24NiH2oo粉體在5CTC下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水 法收集，反應(yīng)完全后，得到0.071克氫氣，將氫氣直接燃燒取熱和發(fā)光。 實(shí)施例21將1克Mg74Pr26H22o粉體在1CrC下加入蒸餾水，產(chǎn)生的氣體用排水法收 集，反應(yīng)完全后，得到0.073克氫氣，將氫氣充入小氣球，氣球升空漂浮。 實(shí)施例22將1克Mg73Nd24AIT舊H8粉體在常溫下加入酸性水溶液(PHil5)，產(chǎn)生的氣體用排水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.037克氫氣。 實(shí)施例23將1克Mg75Mm24CoH^5粉體(Mm的組成為La、 Ce、 Pr、 Nd的原子 比為7.3 : 11.0 : 10 : 2.9)在常溫下加入堿性水溶液(PH值12)，產(chǎn)生的氣體用排水法收集，反應(yīng)完全后，得到0.056克氫氣。 如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種氫氣的制備方法，其特征是，將鎂稀土基氫化物粉體材料MgxREyT100-x-yHw與水溶液發(fā)生水解反應(yīng)，釋放出氫氣，反應(yīng)式為2MgxREyT100-x-yHw+(2x+3y)H2O→2xMgO+yRE2O3+2(100-x-y)T+(w+2x+3y)H2↑其中，45≤x≤99，0≤y≤50，0≤w≤2x+3y。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫氣的制備方法，其特征是，所述鎂稀 土基氫化物粉體材料MgxREyTKK)-x-yHw的基本成分為鎂、稀土 RE、添加合 金元素T和氫；所述稀土包括純鑭、純鈰、純鐠、純釹或混合稀土；所述添 加合金元素T包括過渡族金屬元素、碳、硼、鋁、硅中一種或一種以上的混 合元素。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫氣的制備方法，其特征是，所述水溶 液包括純水溶液、酸性水溶液或堿性水溶液。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫氣的制備方法，其特征是，所述水解反應(yīng)在低于10crc下進(jìn)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種氫氣的制備方法，其特征是，所述水解 反應(yīng)在常溫下進(jìn)行。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫氣的制備方法，其特征是，所述鎂稀 土基氫化物粉體材料MgxREyT1QQ-x-yHw通過吸氫后再破碎或先將金屬破碎 后再氫化而獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氫氣的制備方法，該方法將鎂稀土基氫化物粉體材料Mg_xRE_yT_100-x-yH_w與水溶液發(fā)生水解反應(yīng)，釋放出氫氣。本發(fā)明制備的氫氣可以通過輸氫管道或者送氫泵進(jìn)入氫氣處理設(shè)備，在氫氣儲存器儲存或者直接使用。本發(fā)明反應(yīng)得到的金屬氧化物重復(fù)回收精煉，可以再生重復(fù)利用。本發(fā)明生產(chǎn)設(shè)施簡單易行，可以根據(jù)需求隨時(shí)隨地制取，即產(chǎn)即用，減少了氫氣儲運(yùn)過程中存在的諸多問題。本發(fā)明制氫反應(yīng)效率高，可產(chǎn)生＞7wt％的高純氫，成本較低，易于產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?、市場化。
文檔編號C01B3/02GK101249940SQ200810027048
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者敏 朱, 歐陽柳章, 董漢武 申請人:華南理工大學(xué)