复合金属协同水热分解水制备氢气的方法技术

本发明专利技术提供了一种复合金属协同水热分解水制备氢气的方法,包括如下步骤：将含有反应金属、协同金属和水的混合液进行水热反应，制备生成氢气和金属氧化物；所述反应金属的活性高于所述协同金属的活性。反应金属与协同金属在水热条件下反应，协同金属促进反应金属分解水反应，使其在温和水热条件下高效产氢，氢气的产率最高可达74.3％。本发明专利技术的方法为清洁、高效、低成本地分解水制氢提供了新的思路。

Preparation of hydrogen from water by hydrothermal decomposition of composite metal

【技术实现步骤摘要】
复合金属协同水热分解水制备氢气的方法
本专利技术涉及环境工程
和新能源开发领域，具体地，涉及一种复合金属协同水热分解水制备氢气的方法。
技术介绍
随着社会经济的快速发展，传统能源的短缺问题日益突出。目前，世界主体能源仍然由石油、煤和天然气等构成，这些能源的储量有限且不可再生。但是，随着各国经济的发展，能源的消耗呈现逐年上升的趋势，有调查表明，在过去的20年间，全球能源消耗量增长了50％。目前我国的能源消费总量居世界第一。同时，传统能源如汽油，柴油的燃烧，会排放大量氮氧化物、四乙基铅，导致酸雨，酸雾和严重的铅中毒。更重要的是，还会排放还含有3，4-苯并芘的强致癌物质，污染大气，危害人类健康。寻找能够再生的清洁能源已经成为人类缓解能源危机，解决环境污染的迫切任务。现世界各国对新型清洁能源的研究颇为重视。氢作为燃料最洁净。氢的燃烧产物是水，对环境不产生任何污染。同时氢气具有热值高的优点。氢燃烧的热值高居各种燃料之冠，据测定，每千克氢燃烧放出的热量为1.4*10^8J，为石油热值的3倍多。因此，它贮存体积小，携带量大，行程远。传统的产氢一般采用化石能源制氢。但化石能源制氢，存在依赖化石能源，不能解决能源枯竭的问题。同时，制氢过程能耗高，污染严重。由于水资源丰富且生产过程清洁，分解水制氢这一方法一直是众多科学研究的重点，其方法有电解水制氢、太阳能分解水制氢等。电解水多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法电耗较高，其单位氢气成本较高。太阳能制氢这一新型方法存在技术不成熟，需制备昂贵与复杂的贵重催化剂，成本不明，能量密度低，效率低，反应时间久的缺点。因此，我们希望开发一种新型的高效、低成本分解水制氢的方法。已有研究成功利用金属铁、锰、锌分解水产氢气原位还原二氧化碳。但存在反应温度高，效率低的问题。而且，只有较为活泼的金属才能产氢，而活性低的金属，其氧化还原电势较高，与水反应启动难，目前还未有其在常温或高温环境与水反应产氢的报导。我们创新性的想到，如果低活性的金属也能分解水产氢，那么生成的金属氧化物可以采用生物质使之再还原为金属，实现用金属分解水产氢过程的金属循环。公开号为CN102502491A的专利技术专利申请中公开了一种用于制取氢气的高活性水反应金属材料的制备，该高活性水反应金属材料中各组分的质量百分含量为：金属粉50％～99.8％，催化剂0.1％～10％，无机盐0.1％～40％，其中，金属粉为镁粉、铝粉中的一种或其混合物；催化剂为如下物质中的一种或其混合物：钴、镍、铁、铋、钼、钴不同价态氧化物、镍不同价态氧化物、铁不同价态氧化物、铋不同价态氧化物、钼不同价态氧化物；无机盐为金属氯化物或工业盐。将得到的该高活性水反应金属材料放入到密闭的反应器中，而后注入水，可以快速制取高纯的氢气。但该高活性水反应金属材料在制备氢气时，由于该方法所用金属燃料为活泼金属镁粉、铝粉中的一种或其混合物，存在反应后生成的金属氧化物较难还原，难以实现金属原料的循环利用的不足。且该方法需要球磨步骤，球磨时间较长，为60至180分钟，存在反应成本较高，反应时间较长的不足。
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复合金属协同水热分解水制备氢气的方法。具体为提供一种温和水热条件下的清洁、高效、环保地利用复合金属协同水热分解水制备氢气，特别是实现了常规不能水热分解水的金属也能分解水产氢，以及低温水热产氢的突破。如图1所示，本专利技术方法是在水热条件下，利用反应金属作为还原剂，直接还原水中的氢离子，清洁制备氢气。本专利技术的方法实现了氢能的清洁高效，高效生产，与传统利用化石能源制氢方法相比，本专利技术不需要消耗宝贵的化石能源，与电化学与光解水产氢，明显高效，快速，工业化应用潜力大。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供一种复合金属协同水热分解水制备氢气的方法，包括如下步骤：将含有反应金属、协同金属和水的混合液进行水热反应，制备生成氢气和金属氧化物；所述反应金属的活性高于所述协同金属的活性。优选地，所述反应金属包括锌、铝、锰、钴、镍中的至少一种。更优选地，所述反应金属包括锌、锰、钴、镍中的至少一种。更优选地，所述反应金属为钴。优选地，所述协同金属包括铁、镍、钼、锡、铅、铜、钋、汞、银、钯、铂、金中的至少一种。更优选地，所述协同金属为镍。更优选地，所述反应金属为钴，所述协同金属为镍。选择反应金属钴和协同金属镍进行反应时，复合金属的协同效果最佳。优选地，所述反应金属、协同金属的金属形态为颗粒、粉末、块状、片状或液体，金属来源为一般金属粉末、废弃易拉罐、废弃金属零件、废车皮、矿石、矿渣、炉灰、冶炼残渣、工业废水或工业废气等。优选地，所述混合液中还含有添加物，所述添加物包括钠、钾、镁、锂、锌、钴、铁、钡、镍、钙、锰、铜、银的可溶性盐中的至少一种盐。优选地，所述添加物包括氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化锂、氯化锌、氯化钴、氯化铁、氯化亚铁、氯化钡、氯化镍、氯化钙、氯化锰、氯化铜、氯化亚铜、硝酸钾、硝酸钠、硝酸镁、硝酸银、硝酸铜、硝酸锌、硝酸钡、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰、硝酸钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸锌、硫酸钴、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸镍、硫酸锰中的至少一种。所述添加物的的水溶液中所含Cl-、NO3-和SO42-能够取代OH-，腐蚀反应金属表面的氢氧化物所形成的钝化层，产生点蚀效应，产生反应金属与水的新的接触面。优选地，在含有反应金属、协同金属、添加物和水的混合液中，所述添加物的浓度范围为0.1～10mol/L。添加物的浓度过低时，其阴离子在溶液中的含量过低，观察不到对产氢的促进作用。更优选地，在含有反应金属、协同金属、添加物和水的混合液中，所述添加物的浓度范围为0.3～2mol/L。添加物的浓度范围为0.3～2mol/L时，氢气的产率随着添加物浓度的增加而升高。若添加物浓度继续增加，氢气产率不再变化。优选地，所述添加物的摩尔量为反应金属摩尔量的10％～400％。优选地，所述水热反应的条件为：反应温度为150℃～400℃，反应体系压力为0.1MPa～40Mpa，反应时间为0.1h～12h。当反应温度低于150℃时，反应12h后，没有氢气生成。另外，受反应器耐受最高温度和最高压力的限制，反应温度不高于400℃。优选地，所述水热反应在水热反应器中进行，在水热反应器中，所述混合液的填充率为10～80％。优选地，所述反应金属与协同金属的加料摩尔比例为1:1～1000:1。更优选地，所述反应金属与协同金属的加料摩尔比例为1.1～100:1。本专利技术涉及一种复合金属协同水热分解水制备氢气的方法，该方法在水热反应条件下，以相对低活性金属(如，铁，镍、钼、锡、铜或银等)为协同金属，以相对活性高的金属作为反应金属或还原剂，直接分解水，清洁，高效，简单制备氢气。本专利技术复合金属协同水热分解水制备氢气的方法具体包括如下步骤：...

【技术保护点】
1.一种复合金属协同水热分解水制备氢气的方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有反应金属、协同金属和水的混合液进行水热反应，制备生成氢气和金属氧化物；所述反应金属的活性高于所述协同金属的活性。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合金属协同水热分解水制备氢气的方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有反应金属、协同金属和水的混合液进行水热反应，制备生成氢气和金属氧化物；所述反应金属的活性高于所述协同金属的活性。


2.根据权利要求1所述的复合金属协同水热分解水制备氢气的方法，其特征在于，所述反应金属包括锌、铝、锰、钴、镍中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的复合金属协同水热分解水制备氢气的方法，其特征在于，所述协同金属包括铁、镍、钼、锡、铅、铜、钋、汞、银、钯、铂、金中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的复合金属协同水热分解水制备氢气的方法，其特征在于，所述混合液中还含有添加物，所述添加物包括钠、钾、镁、锂、锌、钴、铁、钡、镍、钙、锰、铜、银的可溶性盐中的至少一种盐。


5.根据权利要求4所述的复合金属协同水热分解水制备氢气的方法，其特征在于，所述添加物为氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化锂、氯化锌、氯化钴、氯化铁、氯化亚铁、氯化钡、氯化镍、氯化钙、氯化锰、氯化铜、氯化亚铜、硝酸钾、硝酸钠、硝酸镁、硝酸银、硝酸铜、硝酸锌、硝酸钡、硝酸铁、硝...

【专利技术属性】
技术研发人员：金放鸣，朱艳洁，杨阳，钟恒，何润田，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31