一种半固态金属基水解制氢材料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种半固态金属基水解制氢材料及制备方法，材料具有半固态组织，半固态组织包括金属基体元素的球状或近球状初生相，以及含有活性元素网状的二次凝固组织，其中金属基体元素的球状或近球状初生相均匀弥散分布于含有活性元素网状的二次凝固组织中；金属基体元素与活性元素经预制成坯料，再将坯料经半固态制浆，冷却之后获得半固态金属基水解制氢材料。本发明专利技术获得金属基块体水解制氢材料相比同成分其他现有组织的块体材料，产氢速率高出20％‑500％，且产率近100％。

A semisolid metal based material for hydrogen production by hydrolysis and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种半固态金属基水解制氢材料及制备方法
本专利技术涉及金属材料领域，具体地，涉及一种半固态金属基水解制氢材料及制备方法。
技术介绍
氢能被认为是解决碳排放首选途径，但由于制氢、运氢、储氢等方面的发展不足严重制约了氢能源的利用与氢能发展。金属通过水解反应制氢是一种具有前景的氢能获取方法，不仅能源密度大，储量大、易获取、成本低，反应产物对环境友好，可回收再利用，且被视为集氢气储存、运输、制备一体化的方法：以活泼金属与水为载体实现氢气的储存与运输，通过控制活泼金属与水的接触与否实现氢气的产生与停止，解决了传统氢能源利用过程中，诸如利用化石燃料制氢面临枯竭，高压储氢与运氢存在安全等问题，还具有实时按需便捷制氢的优点。目前的金属水解制氢材料在形态上主要有两类，即颗粒材料与块体材料。其中，块体材料因其制备工艺简单、低能耗，便于贮藏且成本较低而愈发收到关注。然而，现有的块体材料大多通过制造方法制备。经检索发现，公布号为CN108913957A的中国专利，公开了一种水解制氢铝合金及其制备方法和应用，其材料结构呈粗大的无规颗粒或枝晶组织，使得块体材料在水解制氢过程中，主要以整体方式水解，且由于反应副产物在反应界面的覆盖及覆盖层的加厚，易造成产氢速度不足，并随着水解的进行逐渐降低，氢转化率低的不足，从而影响了金属水解制氢技术的进一步发展与应用。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种半固态金属基水解制氢材料及制备方法。根据本专利技术的第一个方面，提供一种半固态金属基水解制氢材料，所述材料具有半固态组织，所述半固态组织包括金属基体元素的球状或近球状初生相，以及含有活性元素网状的二次凝固组织，其中所述金属基体元素的球状或近球状初生相均匀弥散分布于含有所述活性元素网状的二次凝固组织中。优选地，所述金属基体元素与所述活性元素经预制成坯料，再将所述坯料经半固态制浆，冷却之后获得半固态金属基水解制氢材料。优选地，所述材料包括以下质量百分含量的组分：金属基体元素为50％-99％，活性元素为1％-50％。优选地，所述材料由含有以下质量百分含量的组分组成：所述金属基体元素为50％-80％，所述活性元素为19％-50％，所述细化剂为0-1％。优选地，所述金属基体元素为Al、Mg、Zn、Li、Ca中的一种或多种。优选地，所述活性元素为金属元素、金属氧化物及金属盐中的一种或多种。优选地，所述金属元素为Ga、In、Sn、Bi、Hg、Cu、Mn、Si、Ni、Cr、V、Ti、Zr、Zn中的一种或多种。优选地，具有以下一种或多种特征：-所述金属氧化物为Bi2O3、ZnO、CaO，SnO2中的一种或多种；-所述金属盐为NaCl、KCl、MgCl2、ZnCl2、SnCl2中的一种或多种。本专利技术第二个方面，提供了一种半固态金属基水解制氢材料的制备方法，包括：首先将金属基体元素与活性元素预制成合金坯料；再将制成的所述合金坯料经半固态制浆，冷却之后获得半固态块体水解制氢材料，其中：所述金属基体元素的球状或近球状初生相均匀弥散分布于含有所述活性元素网状的二次凝固组织中。优选地，所述半固态制浆采用机械搅拌、电磁搅拌、单辊旋转法、双辊旋转法、应变诱发激化法、二次重熔法、超声振动法、粉末冶金法、喷射沉积法中的任意一种。优选地，所述方法还包括半固态组织的细化，所述细化方法采用化学法或物理法中一种或多种复合。与现有技术相比，本专利技术具有如下至少一种有益效果：本专利技术创新性的将半固态组织用于水解制氢材料，在水解过程中，随水解的进行半固态组织逐渐自行离散，细小的金属基体元素的球状或近球状初生相与富含活性元素网状的二次凝固组织因在水解环境中分散以实现高速水解，同时细小的组织更易于实现完全水解从而获得氢的高产率。本专利技术上述金属基块体水解制氢材料，能实现持续高速产氢及高氢转化率，相比同成分其他现有组织的块体材料，本专利技术提供的新型组织金属基块体水解制氢材料产氢速率高出20％～500％，且产率近100％。本专利技术上述金属基块体水解制氢材料的组分中进一步加入细化剂，半固态组织得到极大的细化，材料的水解制氢速率得到极大的提升。本专利技术上述方法可以实现制氢材料的批量生产，产能高的优势。本专利技术的制备方法区别于现有铝基水解材料的制备方法之球磨法与铸造法，本专利技术的材料制备历经坯料预制与独特的半固态成形两阶段或将此两阶段合二为一。其中第一阶段中的铸造法与现有相关铸造方法在材料成分与铸造工艺的要求上不同，第二阶段中半固态成形步骤包括半固态制浆及凝固成形，而现有的制备方法所未有。本专利技术可以应用于水解制氢领域或者应用于获取金属基块体水解副产物的领域。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例中Al-15wt.％(GaInSn)组织图；图2为本专利技术一实施例中Al-15wt.％(GaInSn)产氢曲线；图3为本专利技术一实施例中Al-15wt.％(GaInSn)产氢速率。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例提供了一种半固态金属基水解制氢材料，材料由含有以下质量百分含量的组分组成：金属基体元素为83％，活性元素为17％，其中，金属基体元素为铝，活性元素为金属元素Ga、In和Sn。上述半固态金属基水解制氢材料，可以采用以下方法制备，具体步骤如下：步骤1)：将含83wt.％的工业纯铝的金属基体元素和含量为17wt.％活性元素Ga、In、Sn通过700℃熔炼铸造制成合金坯料。步骤2)：将步骤1)中制成的合金坯料于620℃经半固态二次重熔制浆，冷却后获得Al-15wt.％GaInSn半固态块体水解制氢材料，获得材料具有半固态组织，在半固态组织中含有金属基体元素的球状或近球状初生相均匀弥散分布于含有活性元素网状的二次凝固组织中。本实施例中，参照图1所示，为本实施例得到水解制氢材料的组织，由图中可见近球状富含铝的暗黑色初生相分布于亮白色网状二次凝固组织中，表明了获得了较为均匀的半固态组织。参照图2所示，为水解制氢材料的水解曲线，图中包含本实施例中水解制氢材料与对比例1得到的产品的水解曲线，由图中可见，本实施例中获得半固态块体水解制氢材料的氢的产量高于对比例1。参照图3所示，图中表示为本实施例中水解制氢材料与对比例1得到的产品的产氢速率曲线，由图中可见，本实施例中通过排水法测定水解制氢材料相比对比例1产氢速率提高50％，产率近100％。实施例2本实施例提供了一种半固态金属基水解制氢材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半固态金属基水解制氢材料，其特征在于：所述材料具有半固态组织，所述半固态组织包括金属基体元素的球状或近球状初生相，以及含有活性元素网状的二次凝固组织，其中所述金属基体元素的球状或近球状初生相均匀弥散分布于含有所述活性元素网状的二次凝固组织中。/n

【技术特征摘要】
1.一种半固态金属基水解制氢材料，其特征在于：所述材料具有半固态组织，所述半固态组织包括金属基体元素的球状或近球状初生相，以及含有活性元素网状的二次凝固组织，其中所述金属基体元素的球状或近球状初生相均匀弥散分布于含有所述活性元素网状的二次凝固组织中。


2.根据权利要求1所述的一种半固态金属基水解制氢材料，其特征在于：所述金属基体元素与所述活性元素经预制成坯料，所述坯料再经半固态制浆，冷却之后获得半固态金属基水解制氢材料。


3.根据权利要求1所述的一种半固态金属基水解制氢材料，其特征在于：所述材料包括以下质量百分含量的组分：金属基体元素为50％-99％，活性元素为1％-50％。


4.根据权利要求1所述的一种半固态金属基水解制氢材料，其特征在于：所述材料由含有以下质量百分含量的组分组成：所述金属基体元素为50％-80％，所述活性元素为19％-50％，所述细化剂为0-1％。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种半固态金属基水解制氢材料，其特征在于：所述金属基体元素为Al、Mg、Zn、Li、Ca中的一种或多种。


6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种半固态金属基水解制氢材料，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海军，疏达，汪东红，祝国梁，孙宝德，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31