一种多孔三元富镁水解制氢合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔三元富镁水解制氢合金及其制备方法，通过配合低熔点共晶无机盐，作为造孔剂，通过工艺条件控制，在半固态凝固条件下，使熔融的无机造孔盐液滴均匀分散至熔融的三元富镁合金熔液中，通过后续快速降温过程，使分散的无机盐液滴包裹至凝固的三元富镁合金组织中，从而形成了多孔三元富镁水解制氢合金。该合金遇到水溶液时，水分子会快速溶解合金中的造孔盐，为后续水解制氢过程打开介质扩散通道，从而促使块状三元合金快速充分水解，获得极高的制氢产率，避免了材料的浪费，有效解决了球磨粉体水解制氢合金粉存储及安全性问题。

A Porous Ternary Magnesium-Rich Hydrogen-Producing Alloy and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种多孔三元富镁水解制氢合金及其制备方法
本专利技术属于制氢合金材料
，具体涉及一种多孔三元富镁水解制氢合金及其制备方法。
技术介绍
能源危机和环境污染迫使人们寻求新的可持续绿色能源来推动未来生活。能量路径的发展被视为煤(C)→油(CH2)→天然气(CH4)→氢(H2)。燃料的C/H比率下降表明能量更多，二氧化碳排放量更少。与太阳能，风能，潮汐能，水能等新能源相对应，氢能源因具有种类繁多，储能密度高，可回收和零排放的优点而成为大势所趋。因此，促进氢的利用以及建立氢经济成为主要和迫切的学术和工业挑战。能源是人类生存和社会进步的原动力。传统化石能源因不可再生及过度开采使全世界陷入能源短缺和环境污染的窘境，开发利用清洁、高效、低碳的新型能源迫在眉睫。氢能具有“零排放、可循环、高热值、来源广”等显著优点，有望成为新能源“驱动”未来生活。推广氢能源需关注三方面问题：廉价高效的制氢技术、安全可靠的储氢技术及经济合理的用氢技术，氢气的存储与运输发展滞后，成为制约环节，找到一种可靠、高效的压缩方法是解决氢气存储的关键。目前，以金属氢化物为媒介的固态存储方式储氢密度高、安全可靠，成为研究热点，其中金属镁因其储氢容量高、密度小、储量丰富等优点成为大容量车载固态储氢材料的理想选择。目前，高效廉价的制氢手段仍然欠缺。人们提出了通过水生成H2，主要的水生产氢的方法可分为三类，即电解水，光解水和合金水解。大量的能源消耗和缺乏催化剂是电解水的主要瓶颈，昂贵的高效催化剂严重阻止了通过光解水产生的大量氢气。为了应对氢能促进的压力，研究人员必须尽最大努力寻求新的H2储存和H2生产策略，为此，实时产氢策略被提出。通过高活性合金的水解反应制备氢气的途径被广泛关注。基于这一原理的固体氢发生器可以避免H2的储存和运输，为各地的氢气使用提供可能性。然而，可用于水解产氢的金属材料并不理想。据报道，活性铝基合金和镁基合金用于水解生成H2，它具有许多优点，如原料丰富，发电量高，更经济，系统/设备比其他水生成H2的方法简单。活性铝基合金具有高理论H2生成能力，并且水解反应的副产物碱液可用于污水处理或其他工业。然而，高纯度Al以及铝基合金的水解过程被证明受到中性水中产生H2的高活性的限制。Al合金固有的低表面活性归因于表面Al2O3钝化层的形成，其通常是连续且致密的。为了加速水解H2生成过程，将酸性或碱性直接加入中性溶液中以溶解Al合金上的表面钝化层。在酸性介质中增加H2产生，代价是环境污染风险上升。因此，提高铝基合金的自活性，避免形成连续的致密氧化物层Al2O3，实现中性水溶液的水解是研究人员目前的主要任务。Mg对中性溶液中的H2生成特别有吸引力，因为其优点包括高理论H2生成能力8.2wt％，高电化学活性(2.37VSHE)和轻质(1.74gcm-3)。为改善镁基产氢材料性能，人们往往通过添加活性金属元素调控镁基合金活性或通过高能球磨工艺细化合金组织，增加比表面积来改善其产氢动力学特性。上述做法往往提高了合金成本，且球磨获得的合金粉带来了存储和安全问题。另外，合金往往表面易形成MgO等钝化层，降低了合金表面活性，抑制了H2O的表面吸附及传质，使产氢初始速率特别缓慢。另外，镁合金水解制的同时形成Mg(OH)2胶体产物，产物逐层包裹，抑制了后续介质的进入，使合金不能够完全水解产氢，最终产率较低。鉴于上述两方面原因，开发快速高产率块状镁基产氢合金是今后研究的重点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多孔三元富镁水解制氢合金及其制备方法，在保持大容量储氢基础上提高其初始动力学和最终产率，并且有效解决了粉状产氢合金粉难存储及危险等问题。本专利技术采用以下技术方案：一种多孔三元富镁水解制氢合金，包括Mg-5wt.％Ni-5wt.％Ce，其中，Mg含量为90wt.％，Ni含量为5wt.％，Ce含量为5wt.％。具体的，多孔三元富镁合金中孔隙率为x＝0％～50％。本专利技术的另一个技术方案是，一种多孔三元富镁水解制氢合金的制备方法，包括以下步骤：S1、选取无水MgCl2、无水KCl及无水BaCl2进行一次球磨混合，然后将球磨混合得到的无机盐放入石墨坩埚加热保温，冷却至室温得到块状共融低熔点无机盐，进行第二次球磨得到造孔盐备用；S2、采用高纯Mg块，Mg-25wt.％Ni中间合金块和Mg-30wt.％Ce合金块进行配料；S3、将步骤S2配置好的合金原料放入预先烘干的高纯石墨坩埚中，加热搅拌制得均匀三元富镁合金熔体；加入步骤S1得到的造孔盐，经充分搅拌后降温至溶体半固态状态，继续搅拌至室温，得到含有造孔盐的多孔三元富镁合金。具体的，步骤S1中，无水MgCl2、无水KCl及无水BaCl2的质量比为4:4:2。具体的，步骤S1中，采用行星球磨机进行球磨，第一次球磨具体为：行星球磨机转速为200～400rap/min，球料比为(20～40):1，时间为2～4h；第二次球磨具体为：行星球磨机转速为400rap/min，球料比为20:1～30:1，时间为2～4h。具体的，步骤S1中，将石墨坩埚升温至650℃，保温30～60min，保温过程中200～600rap/min转速机械搅拌。具体的，步骤S2中，高纯Mg块、Mg-25wt.％Ni中间合金块和Mg-30wt.％Ce合金块按照Mg-5wt.％Ni-5wt.％Ce比例进行配料。进一步的，步骤S2中，镁添加2～8wt.％的烧损。具体的，步骤S3中，高纯石墨坩埚在SF6+CO2混合气氛保护下加热至750～900℃，机械搅拌20～50min，得到均匀三元富镁合金熔体。具体的，步骤S3中，造孔盐的加入比例为x＝0～50％，加入后采用400rap/min转速充分搅拌10～30min；50～100℃/min快速降温至550～650℃至溶体半固态状态，提高搅拌速率至800rap/min，搅拌15～35min；快速降至室温，熔融的造孔盐被凝固的合金组织包围。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种多孔三元富镁水解制氢合金，遇到水溶液时，水分子会快速溶解合金中的造孔盐，为后续水解制氢过程打开介质扩散通道，从而促使块状三元合金快速充分水解，获得极高的制氢产率，避免了材料的浪费，有效解决了球磨粉体水解制氢合金粉存储及安全性问题。一种多孔三元富镁水解制氢合金的制备方法，主要通过配合低熔点共晶无机盐，作为造孔剂，动过工艺条件控制，在半固态凝固条件下，使熔融的无机造孔盐液滴均匀分散至熔融的三元富镁合金熔液中，通过后续快速降温过程，使分散的无机盐液滴包裹至凝固的三元富镁合金组织中，从而形成了多孔三元富镁水解制氢合金，通过配合低熔点共晶无机盐，作为造孔剂，通过工艺条件控制，在半固态凝固条件下，使熔融的无机造孔盐液滴均匀分散至熔融的三元富镁合金熔液中，通过后续快速降温过程，使分散的无机盐液滴包裹至凝固的三元富镁合金组织中，从而形成了多孔三元富镁水解制氢合金。该合金遇到水溶液时，水分子会快速溶解合金中的造孔盐，为后续水解制氢过程打开介质扩散通道，从而促使块状三元合金快速充分水解，获得极高的制氢产率，避免了材料的浪费，有效解决了球磨粉体水解制氢合金粉存储及安全性问题。进一步的，无水MgCl2、无水KCl及无水Ba本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔三元富镁水解制氢合金，其特征在于，包括Mg‑5wt.％Ni‑5wt.％Ce，其中，Mg含量为90wt.％，Ni含量为5wt.％，Ce含量为5wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种多孔三元富镁水解制氢合金，其特征在于，包括Mg-5wt.％Ni-5wt.％Ce，其中，Mg含量为90wt.％，Ni含量为5wt.％，Ce含量为5wt.％。2.根据权利要求1所述的多孔三元富镁水解制氢合金，其特征在于，多孔三元富镁合金中孔隙率为x＝0％～50％。3.一种制备权利要求1或2所述多孔三元富镁水解制氢合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取无水MgCl2、无水KCl及无水BaCl2进行一次球磨混合，然后将球磨混合得到的无机盐放入石墨坩埚加热保温，冷却至室温得到块状共融低熔点无机盐，进行第二次球磨得到造孔盐备用；S2、采用高纯Mg块，Mg-25wt.％Ni中间合金块和Mg-30wt.％Ce合金块进行配料；S3、将步骤S2配置好的合金原料放入预先烘干的高纯石墨坩埚中，加热搅拌制得均匀三元富镁合金熔体；加入步骤S1得到的造孔盐，经充分搅拌后降温至溶体半固态状态，继续搅拌至室温，得到含有造孔盐的多孔三元富镁合金。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，无水MgCl2、无水KCl及无水BaCl2的质量比为4:4:2。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，采用行星球磨机进行球磨，第一次球磨具体为：行星球磨机转速为200～400...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯小江，石洪昌，杨艳玲，王祎，锁国权，冯雷，叶晓慧，张荔，朱建锋，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61