一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法技术

一种机械力驱动液相反应制备α‑AlH3纳米复合物粉末的方法，它涉及一种制备α‑AlH3纳米复合物粉末的方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备的含有α‑AlH3相的先驱体材料存在制备成本高，工艺条件苛刻，反应均一性差的问题。方法：一、细化纳米晶氢化物原料粉末；二、球磨、液相反应，得到α‑AlH3纳米复合物粉末。本发明专利技术制备的α‑AlH3纳米复合物粉末与现有方法相比，成本降低了60％～80％。本发明专利技术制备的α‑AlH3纳米复合物粉末的产率在90％以上。本发明专利技术适用于工业化制备含α‑AlH3的先驱体材料。

【技术实现步骤摘要】
一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法
本专利技术涉及一种制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法。
技术介绍
在众多储氢材料中，AlH3作为一种亚稳态金属氢化物、理论含氢量高达10.08wt.％、100～200℃即可实现脱氢，具有储氢密度高、理论脱氢温度低等一系列优点。与α′、β、γ、δ、ε、ζ六种晶体结构相比，α晶型稳定性最好、应用性最广。因此，众多研究者认为α-AlH3是一种极具发展前景的固态储氢材料，同样是一种高性能固体推进剂材料。迄今为止，α-AlH3的制备方法多以有机金属湿法合成为主。即以LiAlH4和AlCl3为反应物，经过滤、蒸发再结晶制备获得了最终产物α-AlH3(反应式1)。鉴于湿法合成存在所用原料价格昂贵、合成工艺条件苛刻、生产成本高等诸多不足，无法适用于大规模生产，使之难以实际应用。机械力驱动化学反应合成方法是制备纳米粒子的重要方法，它不仅能有效地融合反应物，使反应物在球磨过程中发生扩散以驱动反应，最终形成纳米级别的产物。而且反应条件温和、设备简单。与传统方法(有机金属湿法合成)相比，该法被认为是一种绿色、经济的制备方法。研究发现无需反应溶剂和注入过多能量，许多氢化物如:Li3AlH6、Mg(AlH4)2都可通过该法制备获得。然而目前关于机械力驱动法制备AlH3的研究均集中于以LiAlD4或NaAlH4为反应物的固相反应合成上(反应式2和3)，Brinks等人在研究LiAlH4与不同金属卤化物球磨过程中发现，以LiAlH4和AlC13为原料，球磨最终阶段可获得AlH3。但是研究发现，室温环境下球磨会引发部分(质量分数70％)AlH3分解。Paskevicius等人在Brinks的研究基础上对该反应的具体球磨工艺参数进行了研究。结果表明在室温、氩气气氛中球磨AlH3，会引发分解反应发生，体系中AlH3含量随球磨时间的增加而降低。尽管低温球磨使得AlH3的产率提高(产率可达85％)，但是维持低温操作环境，同样增加了制备成本。Sartori等人尝试以NaAlH4+AlCl3和LiAlD4+AlBr3作为反应体系，研究室温AlH3机械力驱动固相合成反应。结果表明:以NaAlH4为反应物，AlH3的产率明显提高(产率可达60％然而体系中α-AlH3仅占57％)，但相应的热稳定性显著下降。在提取分离过程中，AlH3会发生分解。高成本制备原料以及反应不均匀性使得关于α-AlH3固相反应合成方面的研究无法深入开展。3LiAlH4+AlCl3→4AlH3+3LiCl(1)3NaAlH4+AlCl3→4AlH3+3NaCl(2)3LiAlD4+AlBr3→4AlD3+3LiBr(3)因此，现有湿法合成以及固相方法制备的含有α-AlH3的先驱体材料存在所用原料成本高，反应条件苛刻，反应均一性差，制备工艺复杂等诸多缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有方法制备的含有α-AlH3相的先驱体材料存在制备成本高，工艺条件苛刻，反应均一性差的问题，而提供一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法。一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法，具体是按以下步骤完成的：一、细化纳米晶氢化物原料粉末：将粒度为0.1mm～2mm的金属氢化物置于球磨罐内，按球料质量比为(30～100):1的比例放入磨球，在氢气气氛下以100r/min～200r/min的速度球磨2h～10h，得到晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末；二、球磨、液相反应：首先将晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末和AlCl3粉末混合均匀，然后置于球磨罐内，按球料质量比为(30～120):1的比例放入磨球，再向球磨罐内加入离子液体，在氢气气氛和压力为0.2MPa～6MPa的条件下，以150r/min～300r/min的速度进行球磨，球磨时间2h～20h，得到α-AlH3纳米复合物粉末；步骤二中所述的离子液体为2-乙基咪唑醋酸；步骤二中所述的晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末与AlCl3粉末的物质的量比为(3～6):1；步骤二中所述的晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末的物质的量与离子液体的体积比为1mol:(25mL～50mL)。本专利技术的原理：本专利技术利用机械力驱动化学反应，通过磨球间的碰撞，碰撞能转化为热能传递给离子液体，然后通过离子液体均匀的将能量传递给反应物，当能量达到反应所需活化能时，液相反应发生。本专利技术的优点：一、本专利技术采用氢气氛下液相球磨反应法，能快速制备α-AlH3纳米复合物粉末，作为制备α-AlH3的先驱体材料，该法成功解决了传统方法以及机械力固相合成法制备α-AlH3先驱体材料所存在的诸多不足，可直接用于α-AlH3材料的工业化生产；二、本专利技术制备的α-AlH3纳米复合物粉末与现有方法相比，成本降低了60％～80％；三、本专利技术制备的α-AlH3纳米复合物粉末中α-AlH3的晶粒尺寸为30nm～60nm，具有反应活性高，脱氢量高，脱氢动力学良好的优点，在真空脱氢试验表明α-AlH3纳米复合物粉末的脱氢量可达9.8wt％～10.0wt％；四、本专利技术具有低成本，工艺简便，危险系数低等优点；五、本专利技术制备的α-AlH3纳米复合物粉末无需复杂操作，可直接提取获得高纯度的α-AlH3材料；六、本专利技术制备的α-AlH3纳米复合物粉末的产率在90％以上。本专利技术适用于工业化制备含α-AlH3的先驱体材料。附图说明图1是α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的XRD图；1是试验一得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的XRD图；2是试验二得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的XRD图；3是试验三得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的XRD图；4是试验四得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的XRD图；5是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的XRD图；图2是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的放氢动力学曲线；1是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末加热到80℃后的放氢动力学曲线；2是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末加热到120℃后的放氢动力学曲线；3是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末加热到140℃后的放氢动力学曲线；4是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末加热到160℃后的放氢动力学曲线；图3是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末放大8000倍的SEM图；图4是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的TEM图；图5是图4的衍射花斑；图6是试验五得到的α-AlH3/LiCl纳米复合物粉末的高分辨TEM图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法具体是按以下步骤完成的：一、细化纳米晶氢化物原料粉末：将粒度为0.1mm～2mm的金属氢化物置于球磨罐内，按球料质量比为(30～100):1的比例放入磨球，在氢气气氛下以100r/min～200r/min的速度球磨2h～10h，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械力驱动液相反应制备α‑AlH3纳米复合物粉末的方法，其特征在于一种机械力驱动液相反应制备α‑AlH3纳米复合物粉末的方法具体是按以下步骤完成的：一、细化纳米晶氢化物原料粉末：将粒度为0.1mm～2mm的金属氢化物置于球磨罐内，按球料质量比为(30～100):1的比例放入磨球，在氢气气氛下以100r/min～200r/min的速度球磨2h～10h，得到晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末；二、球磨、液相反应：首先将晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末和AlCl3粉末混合均匀，然后置于球磨罐内，按球料质量比为(30～120):1的比例放入磨球，再向球磨罐内加入离子液体，在氢气气氛和压力为0.2MPa～6MPa的条件下，以150r/min～300r/min的速度进行球磨，球磨时间2h～20h，得到α‑AlH3纳米复合物粉末；步骤二中所述的离子液体为2‑乙基咪唑醋酸；步骤二中所述的晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末与AlCl3粉末的物质的量比为(3～6):1；步骤二中所述的晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末的物质的量与离子液体的体积比为1mol:(25mL～50mL)。...

【技术特征摘要】
1.一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法，其特征在于一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法具体是按以下步骤完成的：一、细化纳米晶氢化物原料粉末：将粒度为0.1mm～2mm的金属氢化物置于球磨罐内，按球料质量比为(30～100):1的比例放入磨球，在氢气气氛下以100r/min～200r/min的速度球磨2h～10h，得到晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末；二、球磨、液相反应：首先将晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末和AlCl3粉末混合均匀，然后置于球磨罐内，按球料质量比为(30～120):1的比例放入磨球，再向球磨罐内加入离子液体，在氢气气氛和压力为0.2MPa～6MPa的条件下，以150r/min～300r/min的速度进行球磨，球磨时间2h～20h，得到α-AlH3纳米复合物粉末；步骤二中所述的离子液体为2-乙基咪唑醋酸；步骤二中所述的晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末与AlCl3粉末的物质的量比为(3～6):1；步骤二中所述的晶粒尺寸为20nm～80nm、粉末粒度为10μm～40μm的纳米晶氢化物粉末的物质的量与离子液体的体积比为1mol:(25mL～50mL)。2.根据权利要求1所述的一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法，其特征在于步骤一中所述的金属氢化物为LiH、NaH、MgH2和CaH2中的一种或其中几种的混合物。3.根据权利要求1所述的一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法，其特征在于步骤二中所述的2-乙基咪唑醋酸具体是按以下步骤制备的：将10mol2-乙基咪唑溶于50mLCH2Cl2中，得到2-乙基咪唑溶液；将2-乙基咪唑溶液以50滴/min的滴加速度滴加到10mol冰醋酸中，再在室温和搅拌速度为200r/min下搅拌反应50min，再在室温下静置10min，再去除上层物质，得到下层物质；使用CH2Cl2对得到的下层物质进行清洗3次～5次，再在温度为100℃的真空箱内加热40min，得到2-乙基咪唑醋酸。4.根据权利要求1所述的一种机械力驱动液相反应制备α-AlH3纳米复合物粉末的方法，其特征在于步骤一中将粒度为0.1mm～2mm的金属氢化物置于球磨罐内，按球料质量比为(40～60):1的比例放入磨球，在氢气气氛下以150r/min～200r/min的速度球磨2h～4h，得到晶粒尺寸为20nm～80n...

【专利技术属性】
技术研发人员：段聪文，胡连喜，张骥，王茹洁，李明，臧思念，邹雪婷，王德慧，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13