一種液態(tài)金屬輔助鋁塊直接制氫裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于氫氣制備領(lǐng)域，具體涉及一種利用鋁板的制氫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種清潔能源，氫氣是發(fā)電效率極高的能源，具有巨大發(fā)展前景。利用人工方法制氫長(zhǎng)期為全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界高度重視。經(jīng)典的獲取氫氣方法一般是通過(guò)光、電等手段分解水溶液來(lái)加以制取，但其成本高、能耗大、速度緩慢及可控性差等問(wèn)題始終成為氫能源得以普及應(yīng)用的巨大技術(shù)瓶頸。無(wú)疑，地球上海水豐富，儲(chǔ)量巨大，如果能以低成本的方式直接利用水溶液制造出氫氣，將大大緩解當(dāng)前的能源危機(jī)。迄今為止，直接從水溶液中獲取氫氣緩慢發(fā)展過(guò)程，缺乏突破性技術(shù)。此外，眾所周知的是，氫氣易燃易爆，這給其制成后的高壓儲(chǔ)存、運(yùn)輸乃至再加注利用都帶來(lái)較大的安全隱患?？梢哉f(shuō)，由于受到來(lái)自技術(shù)的實(shí)用性不足，當(dāng)前的制氫技術(shù)、貯存方式及運(yùn)輸途徑等問(wèn)題嚴(yán)重限制了氫能的利用。
[0003]與此同時(shí)，人們也在探討采用特殊材料直接反應(yīng)制氫的途徑，以避免來(lái)自氫儲(chǔ)存的制約，并提高安全度。在各種措施中，采用鋁水反應(yīng)即時(shí)獲取氫氣是一有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和前景的途徑。這是因?yàn)椋X是地球上儲(chǔ)量最多的金屬，易于獲取，成本低廉，在工業(yè)與人們的日常生活中(如鋁箔包裹食品)得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，利用鋁基金屬材料的水溶液解反應(yīng)快速獲取氫氣受到人們高度重視。化學(xué)上，金屬鋁可與水溶液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，因此可確保現(xiàn)場(chǎng)制氫和即時(shí)供氫。但金屬鋁性質(zhì)活潑，易于被氧化，這就使得鋁的表面通常會(huì)生成致密的氧化鋁保護(hù)膜，從而導(dǎo)致鋁水溶液反應(yīng)過(guò)程不能持續(xù)進(jìn)行下去。這極大的限制了鋁水溶液反應(yīng)制氫技術(shù)的發(fā)展。為解決該問(wèn)題，人們提出了一種有效的改善途徑，通過(guò)將鋁制成合金來(lái)來(lái)在一定程度上減少鋁表面氧化膜的生成，由此確保鋁水溶液反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。但到目前為止，所有采取的措施均是提前制備鋁合金產(chǎn)氫劑。由于觀念和技術(shù)的限制，這種鋁合金的制成必須經(jīng)過(guò)高溫?zé)仆瓿?，比如，采用高溫加熱爐將熔點(diǎn)為660.4°C的鋁熔化變成液態(tài)時(shí)，再往里添加配對(duì)的金屬，通過(guò)熔煉攪拌將這些金屬材料制成特定組分的合金，制備過(guò)程需要避免某些氧化和密封問(wèn)題。為提好產(chǎn)氫率，許多情況下還需將這些合金磨成鋁合金粉，使用時(shí)通過(guò)鋁粉加料斗供應(yīng)到溶液中與之發(fā)生反應(yīng)來(lái)制氫?？梢?jiàn)，這種經(jīng)典方法成本及能耗較高，過(guò)程復(fù)雜，制氫環(huán)節(jié)多，且制成的合金表面仍存在一定的氧化鋁，這也相對(duì)的限制了產(chǎn)氫的效率。自該方法提出以來(lái)，學(xué)術(shù)界的努力方向基本是在不斷嘗試不同種類(lèi)的匹配金屬，用以提高產(chǎn)氫率。但無(wú)論組分和材料類(lèi)型如何，均難以避免固相材料高溫固化和復(fù)雜的制備過(guò)程和設(shè)備。也因如此，利用鋁水反應(yīng)制氫迄今還未有商業(yè)上應(yīng)用的報(bào)道。
[0004]近期，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)研究中首次發(fā)現(xiàn)，將鋁箔加入液態(tài)金屬如鎵或鎵合金液體時(shí)，可使自身表面的氧化層得以徹底去除，此時(shí)鋁箔與電解液如NaCl、NaOH、HCl等中性、堿性或酸性溶液接觸后，會(huì)在室溫下產(chǎn)生氫氣。由此可直接將處理后的合金與溶液發(fā)生反應(yīng)獲得氫氣。為此，我們提出了將液態(tài)金屬與鋁制成液相合金以制備氫氣的技術(shù)途徑，這改變了傳統(tǒng)的鋁水反應(yīng)制氫方式。不過(guò)，這種方式仍未達(dá)到完全的簡(jiǎn)化和快速。比如，提前將液態(tài)金屬與鋁配制成液相合金，雖可在常溫下快速產(chǎn)氫，但液相合金的制備仍需要將鋁塊金屬加以裁切，將其制成鋁箔，乃至相應(yīng)的合金配制問(wèn)題，無(wú)疑，對(duì)鋁金屬制造、鋁質(zhì)量要求和加工設(shè)備仍有一定設(shè)備和工藝要求，且制備后液相合金需予以妥善封存，不然遇水受潮后會(huì)因氫氣提前產(chǎn)生釋放而發(fā)生爆炸風(fēng)險(xiǎn)。因此，這種液相合金法尚達(dá)不到促成固態(tài)鋁與水類(lèi)溶液的直接反應(yīng)連續(xù)制氫。為此，我們進(jìn)一步提出這樣的基礎(chǔ)需求，即若能找到一種成本和使用條件前所未有簡(jiǎn)單的鋁水反應(yīng)制氫新技術(shù)，即采用任何形狀、任何質(zhì)地的固體鋁材直接產(chǎn)氫，將真正實(shí)現(xiàn)氫源的大規(guī)模低成本普及應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]基于對(duì)上述綜合因素的考慮，本實(shí)用新型提供一種利用液態(tài)金屬輔助鋁塊與水溶液直接反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的直接制氫裝置。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的技術(shù)方案為:
[0007]—種液態(tài)金屬輔助鋁塊直接制氫裝置，其特征在于，包括鋁塊、液態(tài)金屬罐、水溶液罐、廢液回收池、氫氣收集罐、旋轉(zhuǎn)噴頭、升降臺(tái)；
[0008]所述旋轉(zhuǎn)噴頭通過(guò)管路分別連接液態(tài)金屬罐和水溶液罐，旋轉(zhuǎn)噴頭下方設(shè)置所述鋁塊，鋁塊放置在升降臺(tái)上，升降臺(tái)位于廢液回收池內(nèi)，所述氫氣收集罐通過(guò)管道與廢液回收池相連，所述廢液回收池上方設(shè)置有可開(kāi)合的密閉門(mén)。
[0009]進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)噴頭還連接有高壓氣體罐;所述旋轉(zhuǎn)噴頭上設(shè)置有噴槍。該旋轉(zhuǎn)噴頭結(jié)合噴槍裝置的，用于轉(zhuǎn)換噴頭、噴射方向和噴射部位，將不同池內(nèi)的不同液體噴出到鋁塊不同部位，高壓氣體罐為旋轉(zhuǎn)噴槍提供氣壓。
[0010]進(jìn)一步地，所述廢液回收池內(nèi)設(shè)置有水平放置的塑料隔板，隔板上開(kāi)有分離液態(tài)金屬的孔。
[0011]其中，所述廢液回收池底部開(kāi)有液態(tài)金屬出口，所述液態(tài)金屬出口通過(guò)壓力栗和液態(tài)金屬管連接所述液態(tài)金屬罐。利用壓力將廢液壓至液態(tài)金屬輔助罐內(nèi)，使液態(tài)金屬重復(fù)利用，減少資源浪費(fèi)。
[0012]其中，所述液態(tài)金屬為鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金中的一種。
[0013]其中，所述鋁塊的形狀為板形、柱形、球形、線狀或不規(guī)則形狀。
[0014]優(yōu)選地，所述廢液回收池內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置。
[0015]優(yōu)選地，所述廢液回收池中設(shè)置有加熱裝置。
[0016]—種制備氫氣的方法，應(yīng)用本實(shí)用新型提出的液態(tài)金屬輔助鋁塊直接制氫裝置，包括步驟:
[0017]I)在液態(tài)金屬罐內(nèi)裝入液態(tài)金屬，所述液態(tài)金屬為鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金中的一種；在水溶液罐內(nèi)裝入水溶液，所述水溶液為自來(lái)水、純水、鹽水、酸溶液、堿溶液、海水中的一種或多種；
[0018]2)旋轉(zhuǎn)噴頭與液態(tài)金屬罐連接的管路開(kāi)通，旋轉(zhuǎn)噴頭向鋁塊上噴出液態(tài)金屬，經(jīng)過(guò)2?10秒停止噴液態(tài)金屬，旋轉(zhuǎn)噴頭與沖洗劑罐連接的管路開(kāi)通，噴出沖洗劑將液態(tài)金屬?zèng)_掉，液態(tài)金屬和沖洗劑一同落入廢液回收池；
[0019]3)升降臺(tái)下降，廢液回收池密閉門(mén)關(guān)閉，鋁塊浸入廢液回收池的液體中，產(chǎn)生氫氣，由氫氣收集罐收集；當(dāng)不需要產(chǎn)出氫氣時(shí)，將廢液回收池密閉門(mén)打開(kāi)，升降臺(tái)上升到廢液回收池的液面上方。
[0020]其中，所述步驟I)中，鎵銦二元合金中鎵的含量為50-90 %質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其余為銦;鎵銦錫三元合金中鎵的含量為60-80%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，銦的含量為10-30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其余為錫。[0021 ]其中，所述步驟I)中，酸溶液為質(zhì)量含量I?50 %的硫酸、鹽酸、甲酸、醋酸、乙二酸、檸檬酸溶液中的一種或多種;堿溶液為質(zhì)量含量I?50 %的NaOH或KOH溶液;鹽水為質(zhì)量濃度I?30%的NaCl或KCl水溶液。
[0022]其中，所述鋁塊中，鋁的質(zhì)量含量為5?100%。
[0023]利用液態(tài)金屬對(duì)鋁的腐蝕作用直接將鋁表面的氧化物去除后，借助由此構(gòu)成的原電池效應(yīng)促使純鋁與水溶液反應(yīng)即可產(chǎn)生氫氣，伺需要，可適當(dāng)加溫和攪拌，以控制整個(gè)制氫過(guò)程。
[0024]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0025]1.本實(shí)用新型提供的液態(tài)金屬輔助鋁板水溶液直接制氫裝置，首次實(shí)現(xiàn)了固體鋁在室溫下的直接、連續(xù)快速產(chǎn)氫，該連續(xù)制氫過(guò)程無(wú)需提前將鋁與液態(tài)金屬配制成固相合金或液相合金，避免了以往方法中提前配制合金時(shí)會(huì)因儲(chǔ)存受潮產(chǎn)氫繼而出現(xiàn)爆炸的潛在風(fēng)險(xiǎn)；