一种用于制氢的低成本复合镁基材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及制氢材料技术领域，特别是涉及一种用于制氢的低成本复合镁基材料的制备方法，包括如下步骤：将镁粉与钼酸铵混合后与球磨助剂混合球磨，向球磨料中加入聚乙烯醇，冷冻处理，真空冷冻干燥，在保护助剂的氛围中将干燥混合物依次预烧结、高温煅烧，即得镁金属负载三氧化钼颗粒。本发明专利技术解决现有技术中镁在水解过程时形成氢氧化镁保护膜会阻碍制氢反应进行的问题；通过三氧化钼与镁基材料复合，形成镁金属负载多孔三氧化钼颗粒，通过多孔三氧化钼对镁粉与水反应的催化作用从而提高析氢反应的速率。

A low cost composite magnesium matrix material for hydrogen production and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于制氢的低成本复合镁基材料及制备方法
本专利技术涉及制氢材料及制备方法
，特别是涉及一种用于制氢的低成本复合镁基材料及制备方法。
技术介绍
氢是自然界最丰富的元素，它存在于淡水、海水之中，也存在于碳氢化合物和一切生命物质中。我们常说：“水是生命之源”，而水的源头便是氢，氢是“水之源”，追本溯源，氢才是我们这个星球中一切生命的真正源头。地球表层三分之二的面积，都由水覆盖着、主宰着，而其中的三分之二都由氢构成。因此，氢能若能加以开发利用，对于我们人类而言，是取之不尽用之不竭的能源。就目前而言，氢能作为“二次能源”，国际上的氢能制备来自于矿石燃料、生物质和水，工艺主要有电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和生物制氢等。在这些方法中，除了生物制氢技术外。其它方法都是通过自然界中已经存在的碳氢化合物—天然气、煤、石油等一次能源中提取出来的，这种方法制取所得的氢，已经成为了二次能源，它不仅消耗掉了相当大的能量，而且所得效率相当低；并且在其制取过程还对环境产生了污染。反应温度较高，反应过程中水大量过量，能耗较高，造成资源的浪费。重油氧化制氢重整方法，反应温度较高，制得的氢纯度低，也不利于能源的综合利用。因此，用这些方式来制取氢，不仅要付出很高的制造成本，还要付出环境代价，而利用效率却相当低。用氧化亚铜做催化剂从水中制氢气：有研究人员将0.5克氧化亚铜粉末添加入200立方厘米的蒸馏水中，然后用一盏玻璃灯泡中发出的460纳米~650纳米的可见光进行照射，在氧化亚铜催化剂的作用下，水分解成氢和氧。用这种方法共进行了30次实验，从分解的水中得到了不同比例的氢和氧。试验中发现，如果得到的氧的压力增加到500帕斯卡，水的分解过程就减慢。氧化亚铜粉末的使用寿命可达1900h之久。由于能源需求和环境污染的增加，寻找新的高效清洁能源对整个社会极为关键。燃料电池是取代化石燃料发电的最有希望的候选之一。它直接将化学能有效地转化为电能，避免了环境污染问题。由于氢具有较高的能量密度，只有在与空气反应后才能产生无害环境的水，因此氢是燃料电池的理想燃料。然而，在实际应用中，氢的储存和分配是其广泛使用的一个主要障碍，因为它的体积能量密度相对较低。因此，开发高效的直接制氢材料仍然是一个巨大的难题。金属制氢材料，如镁、铝、锌等，具有价格低廉、水解条件温和、氢气产量大等优点，是便携式氢源的选择之一。常规的金属水解制氢通常在酸或碱性溶液进行，对使用者会带来潜在的危害，对设备材质要求耐腐蚀；这无形中限制了金属制氢材料的应用开发。专利技术专利（一种制氢Al基合金复合材料及其制备和使用方法，CN1013583108）采用了铝锡等合金与碳纳米材料高温复合，该体系在中性水溶液中具有很好的制氢效率，该方法需要加入大量的掺杂物碳和锡，降低了铝基合金的理论产氢量。专利技术专利（一种铝钙合金水解制氢的方法，CN101948092）采用铝钙合金水解制氢，金属钙水解产生碱性物质Ca(OH)2催化铝的水解。镁基材料制氢具有比铝更低的成本，而且镁的氢气理论收率较高，是金属制氢的有力候选。然而镁在水解过程中形成的氢氧化镁保护膜会阻碍制氢反应的进行。现阶段的主要解决方法为使用液态金属与镁形成合金，然而液态金属的价格普遍较为昂贵，而且回收极为不便。因此，针对镁基材料水解的低成本水解助剂及相应的制氢方法具有较为广阔的前景。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于制氢的低成本复合镁基材料的制备方法，用于解决现有技术中镁在水解过程时形成氢氧化镁保护膜会阻碍制氢反应进行的问题，同时，本专利技术还将提供一种用于制氢的低成本复合镁基材料。本专利技术通过三氧化钼与镁基材料复合，形成镁金属负载多孔三氧化钼颗粒，通过多孔三氧化钼对镁粉与水反应的催化作用从而提高析氢反应的速率。在制备过程中通过冷冻干燥将三氧化钼与镁基材料复合，形成镁金属负载多孔三氧化钼颗粒，在水解过程中表面均匀分散的三氧化钼颗粒可以有效促进镁粉的水解，提高析氢反应的速率。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术的第一方面，提供一种用于制氢的低成本复合镁基材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将镁粉与钼酸铵混合形成混合粉末，将球磨助剂加入到混合粉末中进行球磨，得到球磨料；其中，混合粉末中镁粉与钼酸铵的质量比为100：（5~15），球磨料中球磨助剂和混合粉末的质量比为1：（2~5），球磨助剂中二氯甲烷和无水乙醇的质量比为1：（2~5）；步骤二、向球磨料中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后加入模具进行冷冻处理，脱模后迅速转移至真空冷冻干燥机中真空冷冻干燥，即得干燥混合物；其中球磨料和聚乙烯醇的质量比为99：（0.8~1.2）；步骤三、在保护助剂的氛围中，将干燥混合物依次进行预烧结、高温煅烧，即得镁金属负载三氧化钼颗粒。反应机理：首先使用二氯甲烷（油性）和聚乙烯醇（PVA）作为造孔剂，通过冷冻干燥，使造孔剂升华留下孔洞，镁粉表面的钼酸铵形成多孔疏松结构，再通过煅烧过程使钼酸铵分解为三氧化钼，而镁粉在三氯甲基苯保护下表面形成氯化镁层，抑制镁粉的氧化，通过多孔三氧化钼对镁粉与水反应的催化作用从而提高析氢反应的速率。在制备过程中，首先镁粉与钼酸铵混合形成混合粉末，使得主料预先混合均匀。再通过添加球磨助剂形成球磨料，其中球磨助剂选用二氯甲烷（油性）和无水乙醇，其中无水乙醇主要作为溶剂，二氯甲烷（油性）作为造孔剂，使得混合液与混合粉末混合均匀。在冷冻干燥之前加入聚乙烯醇，之所以不在球磨助剂中加入聚乙烯醇，主要是避免聚乙烯醇与混合粉末混合后，在研磨的作用形成爆炸性混合物引发危险。通过冷冻干燥，使造孔剂升华留下孔洞，镁粉表面的钼酸铵形成多孔疏松结构；此外，冷冻干燥除去致孔剂也避免加热引起危险。通过预烧结使聚乙烯醇完全分解，通过高温煅烧使钼酸铵分解得到多孔三氧化钼。整体而言，通过冷冻干燥将三氧化钼与镁基材料复合，形成镁金属负载多孔三氧化钼颗粒；在水解过程中，表面均匀分散的三氧化钼颗粒可以有效促进镁粉的水解，通过多孔三氧化钼对镁粉与水反应的催化作用从而提高析氢反应的速率。于本专利技术的一实施例中，所述步骤一球磨助剂和混合粉末的质量比为1：（3.0~4.0）。于本专利技术的一实施例中，所述混合粉末中镁粉与钼酸铵的质量比为100：（5~10）；所述球磨助剂中二氯甲烷和无水乙醇的质量比为1：（2~5）。Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2(气体)镁粉与水反应大量放热，并能产生氢气。钼酸铵（又特种钼酸铵；(T-4)-钼酸铵；四钼酸铵；钼酸二铵）易于纯化、易于溶解、易于热解离，而且，热解离出的NH3气随加热可充分逸出，不再污染钼产品。因而，钼酸铵广泛用作生产高纯度钼制品的基本原料。比如，热解离钼酸铵生产高纯三氧化钼、用硫化氢硫化钼酸铵溶液生产高纯二硫化钼，通过钼酸铵生产各种含钼的化学试剂等。钼酸铵也常用作生产钼催化剂、钼颜料等钼的化工产品的基本原料。通过高温煅烧使钼酸铵分解得到多孔三氧化钼，多孔三氧化钼作为催化剂，提高镁粉与水的反应速率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制氢的低成本复合镁基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、将镁粉与钼酸铵混合形成混合粉末，将球磨助剂加入到混合粉末中进行球磨，得到球磨料；其中，混合粉末中镁粉与钼酸铵的质量比为100：（5~15），球磨料中球磨助剂和混合粉末的质量比为1：（2~5），球磨助剂中二氯甲烷和无水乙醇的质量比为1：（2~5）；/n步骤二、向球磨料中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后加入模具进行冷冻处理，脱模后真空冷冻干燥，即得干燥混合物；其中球磨料和聚乙烯醇的质量比为99：（0.8~1.2）；/n步骤三、在保护助剂的氛围中，将干燥混合物依次进行预烧结、高温煅烧，即得镁金属负载三氧化钼颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于制氢的低成本复合镁基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将镁粉与钼酸铵混合形成混合粉末，将球磨助剂加入到混合粉末中进行球磨，得到球磨料；其中，混合粉末中镁粉与钼酸铵的质量比为100：（5~15），球磨料中球磨助剂和混合粉末的质量比为1：（2~5），球磨助剂中二氯甲烷和无水乙醇的质量比为1：（2~5）；
步骤二、向球磨料中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后加入模具进行冷冻处理，脱模后真空冷冻干燥，即得干燥混合物；其中球磨料和聚乙烯醇的质量比为99：（0.8~1.2）；
步骤三、在保护助剂的氛围中，将干燥混合物依次进行预烧结、高温煅烧，即得镁金属负载三氧化钼颗粒。


2.根据权利要求1所述的一种用于制氢的低成本复合镁基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一球磨助剂和混合粉末的质量比为1：（3.0~4.0）。


3.根据权利要求1所述的一种用于制氢的低成本复合镁基材料的制备方法，其特征在于：所述混合粉末中镁粉与钼酸铵的质量比为100：（5~10）。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，廖健淞，司文彬，白涛，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51