一种铝粉产氢速率的测定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种铝粉产氢速率的测定装置及方法，该装置包括恒温水浴槽，反应器，分液漏斗，进气阀，排气座，水槽，量筒，力学传感器，传感器支架。其中，反应器中加入搅拌子，反应器瓶口有橡胶塞，反应器和水槽中的排气座由软管相连，水槽上接有溢流口，传感器支架一端连接量筒，另一端连接固定装置。铝粉和溶液在反应器中反应释放气体经导管由量筒收集，量筒中的水被排出，质量减少。通过力学传感器可以实时精确地记录质量与时间的变化关系，将其转换为体积与时间的关系并加以修正，消除了传统排水法因液面差对测试造成的影响，从而精确计算出铝粉的产氢速率。本装置和方法能够获取反应速率变化，且操作简单，试验重复性好，准确性高。准确性高。准确性高。

【技术实现步骤摘要】
一种铝粉产氢速率的测定装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种铝粉产氢速率的测定装置及方法，属于测定铝
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液反应产氢速率领域。

技术介绍

[0002]由于人类活动和工业生产对能源需求的增加和化石能源逐渐枯竭的矛盾，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视。氢能作为一种绿色能源，一直备受研究者的关注。目前，常用的制氢技术主要有化石燃料制氢、电解水制氢。然而这些方法存在效率低，能耗高，污染大等缺点。铝是地壳中含量最高的金属元素，具有能量密度高，价格低，储存稳定的优点。铝可以与酸液、碱液、甚至是与水直接反应，产生氢气，是实验室常用的制氢手段之一，也是燃料电池和便携式产氢设备常用的产氢原料。在工业生产中，氢气的体积和流速可以通过流量表，压力表等测量或计算得出。但在实验室中，一般采用排水量气法测量气体体积，并计算产气速率。为了排除液面变化造成瓶内气体压力的变化，常需要人为控制量气管与水准瓶液面保持一致，平衡内外压力变化。这种测试不仅存在过程复杂，采样率低，误差大的问题，也存在重复性较差，不利于实验和测试的对比和分析。
[0003]有文献提出为了克服排水法需要维持体系恒压的问题，采用专用容器直接收集气体，得到产气速率。如专利CN104729955A采用气袋和空气采样泵对材料遇水放出的气体进行收集和测定，分别采用1L，3L和5L的气袋，可以计算出不同体积下产生气体的总平均速度。但是该方法难以观察不同时间下的产气速率和速率变化情况。
[0004]有文献报道了采用采用间接的排水法测量气体的体积。如专利CN204612777U在排水筒的筒体侧面设置水位指示柱，在指示柱上设置刻度线。通过该方法可以准确的计量小流量的气体累计体积。通过该方法可以定时记录液位高度，可以计算出气体流量和体积。但是没有解决液位高度差造成压力不平衡的矛盾。
[0005]外文文献“Hydrogen generation using activated aluminum/water reaction，InternationalJournal of Hydrogen Energy，2018年，第43卷，第33期”在计量铝
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液反应时，将产生的氢气封闭玻璃瓶中，气体将瓶中的水经瓶子底部的橡皮管压到烧杯中，根据水重量判定氢气产生的速度。然而该方法需要实时调节管子高度使其保持与液面相平，且需要频繁称重采样，过程较为复杂。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种铝粉产氢速率的测定装置及方法，本专利技术装置的特点是结构简单，测试开始后无需人为操作可以连续自动高频率采集参数，测试重复性好，克服了普通排水法需要人为维持恒压的问题，且该装置操作简单，可靠性高。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术具体方案如下：
[0008]本专利技术为铝粉产氢速率的测定装置，包括：恒温水浴槽(带搅拌)，反应器，分液漏斗，进气阀，排气座，水槽，量筒，力学传感器，传感器支架。
[0009]反应器置于恒温水浴槽中，反应器上装有分液漏斗，反应器内部有搅拌子，瓶口处有橡胶塞加以密封。排气座固定于水槽的底部，开口垂直向上。反应器与排气座由软管相连，软管上安装有进气阀。水槽侧面开有溢流口。量筒倒放于水槽上方，量筒口高度不超过溢流口高度，且量筒不与排气座及水槽壁接触。量筒底部固定在传感器支架上，力学传感器一端连接传感器支架，另一端连接固定装置。
[0010]上述恒温水浴槽所带搅拌为磁力搅拌。
[0011]上述反应器包括瓶体和橡胶塞子，瓶子可以是锥形瓶，圆底烧瓶或者类似器皿。塞子上有两个孔，供分液漏斗和玻璃弯管接头连接。
[0012]上述水槽在高低位具有两个孔，孔上装有管道连接器。低位的孔接近水槽的底部，高位的孔高于量筒口所在位置，起到稳定液面高度作用。
[0013]上述传感器为力学传感器，可以测量垂直方向的拉力和压力。传感器与数据采集器相连，并将数字信号传输至计算机并获取力学信号，经转换可以绘制力学曲线。
[0014]上述传感器支架包括支撑量筒的支撑支架和固定传感器的固定支架，固定支架可以通过铁杆固定在铁架台上也可以固定在支撑墙上。
[0015]本专利技术同时提供一种铝粉产氢速率的测定的方法，包括步骤如下：
[0016](1)检查装置气密性。将进气阀关闭，在分液漏斗中加入适量的水，由于反应器中压力增加，漏斗中的水不再滴下，认为装置是密封性能合格，检查完成后倒掉反应器中的水，关闭漏斗的旋钮和塞子；
[0017](2)将量筒装满水，倒置在水槽中，量筒底部与传感器上的支撑支架相连，量筒口部浸没在液面下，量筒口部不能与排气座和水槽壁碰触，水槽液面与溢流口保持水平；
[0018](3)在反应器中加入适量的溶液，开启搅拌和恒温，待溶液温度稳定后加入铝粉。塞紧橡胶塞，开启进气阀，传感器接收量筒的受力变化，计算机采集传感器数据；
[0019](4)力学信号经过转换，得到气体体积与时间的关系曲线。经过修正后得到真实的关系曲线。
[0020]上述采用修正是由于液位差的存在使倒置量筒内的气压与实际大气压不一致。根据理想气体状态方程，在温度不变，气氛不变的前提下，压力与体积的乘积为恒定值。由于直接测试的体积数据是基于量筒内的气压，因此可以转换成大气压下的体积数据。需要对获取的体积数据经过如下修正：
[0021][0022]其中V
修正
是修正后的氢气体积，ρ为水的密度，g为重力加速度，L是量筒中的允许进气高度(见图2说明)，S为量筒内的截面积，P0是标准大气压，V
测试
是经力学信号转换的测试体积。上式采用国际单位进行运算。
[0023]本专利技术方法中，量筒和水槽中的水里加入少量的表面活性剂，以降低液面的表面张力。
[0024]本专利技术方法中，反应溶液为碱液、酸液或去离子水，对溶液浓度无特定要求。
[0025]本专利技术方法中，铝粉为铝和/或铝合金粉末。
[0026]本专利技术方法中，水浴恒温温度为室温～96℃，搅拌速度为10～800rpm。
[0027]本专利技术与现有技术相比，本专利技术具有显著的优点：
[0028]1、采用了排水法与力学传感器相结合的铝粉产氢速率的测定装置，可以连续自动采集数据，可以测量不同温度、不同条件下铝
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液反应的产氢速率；2、由于减少了人为操作和读数带来的实验误差，大大提高了测试的重复性和可信度，简化了测试过程；3、对采集的数据进行转换和修正，避免了传统排水法因液面差造成压力变化从而导致测量误差；4、另外由于采用传感器获取数字信号，可获取微量气体和低流量下的信号变化，数据精度高，数据量大，采集的数据可用于更加深入的理论研究。
附图说明
[0029]图1为铝粉产氢速率测定装置的结构示意图，其中1.恒温水浴槽(带搅拌)；2.反应器；3.分液漏斗；4.进气阀；5.排气座；6.溢流口；7水槽；8.量筒；9.传感器支架(量筒支撑部分)；10.力学传感器；11.传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝粉产氢速率的测定装置，其特征在于，包括：带搅拌的恒温水浴槽，反应器，分液漏斗，进气阀，排气座，水槽，量筒，力学传感器，传感器支架；反应器置于恒温水浴槽中，反应器上装有分液漏斗，反应器内部设有搅拌子，瓶口处有橡胶塞加以密封；所述的排气座固定于水槽的底部，且开口垂直向上；反应器与排气座通过软管相连，软管上安装有进气阀；水槽侧面开有溢流口；量筒倒放于水槽上方，所述的量筒口高度不超过溢流口高度，且量筒不与排气座及水槽壁接触；量筒底部固定在传感器支架上，力学传感器一端连接传感器支架，另一端连接固定装置。2.根据权利要求1所述的铝粉产氢速率的测定装置，其特征在于，排气座位于水槽的底部，量筒口正对排气座的排气孔，量筒底部与传感器上的支撑支架相连。3.一种铝粉产氢速率的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)检查装置气密性，将进气阀关闭，在分液漏斗中加入适量的水，由于反应器中压力增加，漏斗中的水不再滴下，认为装置是密封性能合格，检查完成后倒掉反应器中的水，关闭漏斗的旋钮和塞子；(2)将量筒装满水，倒置在水槽中，量筒底部与传感器上的支撑支架相连，量筒口部浸没在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭效德，梁力，廖昕，季洁，徐恒，涂晶，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：