常温下从水中制备氢气的方法技术

本发明专利技术涉及一种常温下从水中制备氢气的方法，属于制氢领域。其特征在于在镁和水反应体系中还加入过渡金属Ｆｅ、Ｃｏ或Ｎｉ中任一种作为催化剂，金属Ｍｇ和过渡金属的克分子可从９５∶５变化到５∶９５，优先推荐的比例是２０∶８０，优先推荐的过渡金属为金属镍。且镁与水反应体系中当量水容量以上氢气产量与反应体系的水容量变化基本无关。同时，在Ｎｉ、Ｃｏ催化剂，每次使用后，经２０－４０ｖｏｌ％的盐酸，浸泡并用水冲洗后可多次反复使用，且催化效果更佳。本发明专利技术提供的制氢方法特别适用于车用或船用。

【技术实现步骤摘要】
常温下从水中制备氢气的方法
本专利技术涉及一种在常温下从水中制备氢气的方法，属于制氢领域。
技术介绍
氢是一种清洁能源，且随煤、石油等传统能源危机的加剧和以氢为燃料的电动汽车等其它的氢作为替代燃料的现代能源技术的进展，其应用面愈来愈宽广。最近，以氢为动力的汽车的零排放所以受到广泛的关注。据报道，以氢为燃料的汽车每运行500公里，需要3kg左右的氢(M.Deluchi，Hydrogen Fuel-CellVehicles，Institute of Tromsportation Studies，Univ.California Davis，1992)。然而，尽管碳纳米管显示出贮氢量高的特点，但至今为止尚无一种贮能技术可满足这一需求[1.A.C.Dillon et al.，Nature386，377(1997)，2.C.Liu et al.，Science286，1127(1999)]。另一方面，氢气的运输、安全和价格依然是以氢为动力的汽车实际应用中的一个障碍(1.D.W. Keith and A.E.Farell，Science301，315(2003)；2.T.K.Tramp et al.Science300，1740(2003))。如果能以合适的价格生产可观数量的氢则早期燃料电池汽车早已商业化。遗憾的是这种技术还未出现。正如许多化学领域中描述过的，金属钠和水反应生成氢氧化钠和氢气。但是，这种反应是无实用价值的。这是因为：(1)钠在空气中反应；(2)NaOH产物的强腐蚀性以及(3)金属钠和水之间的反应的不可控制性。这种无实际应用价值可以用金属Mg取代金属钠予以克服的。然而金属镁和水之间反应极慢，导致低的氢产率。如何进一步提高氢的产率是多年来本领域的技术人员一直关注的，也是新-->的以氢为能源的技术开发的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种常温下从水中制备氢气的方法。本专利技术的目的是通过下述方法实施的：在镁取代金属钠，在常温下使镁与水反应体系的速率加快，其方法是加入过渡金属作为反应催化剂加速这一反应的过程。所述的过渡金属包括铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)。本专利技术之所以选择过渡金属作为催化剂，其构思的出发点是金属镁具有比过渡金属较低的负电位，尤其是比镍具有较低的负电位。同时本构思也是从天然气精炼在内的许多化学过程，过渡金属尤其是金属镍被选作催化剂，而显示出良好的催化性能受到启发。本专利技术选用的过渡金属加入量是镁与过渡金属Fe、Co、Ni中任一种比从95∶5到5∶95，相应的制备氢的速率随过渡金属添加量的增加而增大，且在其一组分点达到峰值。以过渡金属Ni为例，当Mg/Ni克分子比为20∶80时，在1000毫升水中于275分钟时制备的氢达325毫升，而其它比例的Mg/Ni欲达同样的氢的产率则需时间大大增加，当不加Ni时，即Mg/Ni为100∶0时则645分钟时同样条件下氢的产率只有6毫升(图1和实施例1)。本专利技术使用过渡金属作为催化剂之后，其生产氢的效率最高可达72.5％，而未掺杂时的效率只有1.2％。本专利技术另一个特征是使用的过渡金属基本上不参于反应，且可重复使用。反应后的残渣是由过渡金属、氢氧化镁产部份未反应的镁组成，为去除镁及其氢氧化镁，在每次反应后的残渣用体积浓度为20-40％的盐酸进行酸处理，酸洗5次，再用清水洗10次。酸洗处理后仅存过渡金属。当然，使用Fe作催化剂时，不能采用盐酸处理，因为HCl会与Fe生成FeCl3，但可用硝酸或硫酸-->处理，因为Fe比较便宜所以往往不再处理，经济上反而合算。收集处理后的过渡金属仍可多次重复使用，且其催化效果甚至比第一次使用时更佳，还可能是处理后的过渡金属表面氧化层去除，所以催化效果更佳。本专利技术所述的常温，通常是指5～35℃范围环境温度。温度低于5℃则反应较慢而温度高于35℃则反应过快，不易控制，在实际使用中会产生麻烦。本专利技术所述及的过渡金属或是以片的形式或以粗颗粒形式存在，或粗细颗粒掺配，诚然细颗粒表面积大催化效果更佳。通常，用作催化剂的过渡金属纯度为化学纯，推荐粒度为200-300目细粉；镁粉纯度为工业纯，推荐粒径为100目左右细粉(即用100目筛网筛选的细粉)。综上所述，本专利技术的优点是显而易见的：1.由于使用了过渡金属作催化剂，使镁稳定和安全的取代钠，与水的反应生成氢的产率，从不加时的1.2％，最高猛升到72.5％(以Ni为催化剂)，从而使之具有现实应用的可能性。2.本专利技术所使用的过渡金属，与镁的比例范围宽广，便于使用者自由选用。3.本专利技术提供的过渡金属催化剂，Fe除外，在每次使用后经简单的酸处理，去除氢氧化镁和残存的未反应镁之后，可反复使用。4.本专利技术产氢量仅和镁与过渡金属的克分子比有关，与水反应体系中，在反应所需的当量水容量以上时，氢产量与水容量基本无关(详细实施例2)，本优点使本专利技术提供的制氢方法特别适用于车用或船用。附图说明图1不同克分子比Mg/Ni条件下，反应时间与氢的产率关系曲线。图2(a)Mg/Ni＝20∶80条件下，在120、200和1000ml水量下的产氢量关系曲线-->(b)Mg/Ni＝20∶80条件下，在80、100和120ml水量下的产氢量关系曲线图3Mg/Ni＝20∶80条件下，不同重复次数使用时的，反应时间与氢产量关系曲线图4不同过渡金属的反应时间与氢产量关系曲线图1-4的横座标均为时间，单位为(分)；纵座标均为氢的产量(ml)具体实施方式下面通过具体实施例，以进一步说明本专利技术实质性特点和显著的进步实施例1    以Ni作为催化剂，不同Mg/Ni克分子比对氢产量影响。配制成Mg/Ni的克分子比分别为80∶20、60∶40、40∶60和20∶80的圆片，为对比Ni的作用，另取Mg/Ni之比为100∶0作对比(即未添加过渡金属)，将每个圆片放在1000毫升水中，每隔5分钟测定产生的氢气的体积。在5分钟内产生的氢气量不再增加，则测量仃止，所得的结果如图1所示。从图可看出：(1)不同Mg/Ni比，其氢的产量均随反应时间增加而明显增加，只是Mg/Ni比，其氢的产量均随反应时间增加而明显增加，只是Mg/Ni＝100∶0时，其氢产量随时间基本不增加；(2)在Mg/Ni＝20∶80时275分钟时产生的氢氯量达325毫升最高值，相应的未添加Ni时，在645分钟产生的氢量只有6毫升。由此可见Ni作为催化剂的作用是显而易见的，同时在Mg/Ni＝20∶80时，在最短时间内可达最大的氢量，所以是较佳比例。所使用镍的纯度为化学纯，其颗粒度为200-300目细粉，使用的镁粉为100目细粉，纯度为工业纯。实施例2：以Ni为催化剂，在Mg/Ni＝20∶80条件下使用的水的量影响如图示(a)和(b)所示，在Mg/Ni＝20∶80时，当镁与水反应的水量从120毫升-->增加到200ml甚至1000ml或从120毫升降到100ml，甚至80ml时氢的产量影响不大。由此可见使用水量相差12余倍，但产量相差不大，这对将来实际车用时很有现实意义的。也即在镁和水反应体系中，在反应所需的当量水容量以上，氢产量与水体积基本无关。因为给汽车或其它运输车辆的体积均有限，氢气发生器的体积总是愈小愈好。以本实施例为例，反应所需的当量水容量为8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种常温下从水中制备氢气的方法，以镁和水作为反应体系，其特征在于在体系中还加入过渡金属Ｆｅ、Ｃｏ或Ｎｉ中任一种作为催化剂，金属镁和过渡金属的克分子比从９５∶５到５∶９５。

【技术特征摘要】
1、一种常温下从水中制备氢气的方法，以镁和水作为反应体系，其特征在于在体系中还加入过渡金属Fe、Co或Ni中任一种作为催化剂，金属镁和过渡金属的克分子比从95∶5到5∶95。2、按权利要求1所述的常温下从水中制备氢气的方法，其特征在于所述的金属镁和过渡金属的克分子比为20∶80。3、按权利要求1或2所述的常温下从水中制备氢气的方法，其特征在于所述的过渡金属为金属镍。4、按权利要求1或2所述的常温下从水中制备氢气的方法，其特征在于第一次反应后催化剂Co或Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘继红，江东亮，郭峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]