一种氢化镁-原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氢化镁

【技术实现步骤摘要】
一种氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料及其制备方法

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[0001]本专利技术属于水解制氢材料
，具体涉及一种氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料及制备方法。

技术介绍
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[0002]氢能将在碳中和路径中发挥重要作用，而氢能储运技术依然实现氢能大规模应用的瓶颈，将氢气存储在固体材料中是解决该瓶颈的最有希望的方法之一。但是，现有的可逆储氢材料的性能仍未满足实际应用要求。高容量的轻质金属氢化物通常都存在高的热力学稳定性和缓慢的吸/放氢动力学问题。而不可逆储氢材料能在适宜条件下制氢，并具有高的储氢量、快并可控的制氢速率，具有典型的“制储运”一体化特征。以氢化镁为代表的氢化物，作为“单向”一次性氢源，因理论放氢容量高(6.5wt％)、水解放氢温度低、水解副产物再生工艺成熟、设备简单易于实际应用且作为原材料的金属镁资源丰富等优点，而受到广泛关注。为实现氢化镁水解制氢大规模商业应用，近年来研究者们致力于探索低成本、简单易行的方法来抑制氢氧化镁钝化层的形成，提高水解动力学性能。
[0003]其中通过加入酸、盐来调控水解溶液成分，可以消除氢氧化镁钝化层，显著提高氢化镁的水解动力学与产氢量，但会带来环境污染和腐蚀水解设备的问题。其中，使用酸促进水解时，需要消耗化学计量比的酸，极大降低了体系的有效放氢容量；使用铵盐时，则因水解溶液中铵根的存在，制备的氢气不纯，会混有氨气杂质气体。近年来，Zheng等人(Nano Energy,2014,10:337
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343)将纳米氢化镁在1mol
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L
‑1氯化镁溶液中水解，20min内释放了1820mL
·
g
‑1，接近理论值。但是，氢化镁需是纳米级的颗粒，其制备较为困难复杂，成本高。另一种方法是球磨，并在球磨过程中添加盐(主要是金属卤化物)、氢化物来提高氢化镁水解动力学。例如，Grosjean等人(Journal of Alloys and Compounds,2006,416(1):296
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302)将氢化镁与10mol％氯化镁混合球磨0.5h，水解产氢率达到了80％，但是10mol％添加量导致体系的放氢容量下降。此外，采用氯化钴、氯化铈、氯化钛和氯化锆等氯化物价格较高。Tessier等人(Journal of Alloys and Compounds,2004,376(1):180
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185)则将氢化镁与20.3mol％氢化钙球磨10h，水解产氢率也达到了80％。虽然不存在氯化物降低体系放氢容量的问题，但是氢化钙价格较高，且水解产物难分离再生。合金化后再氢化也是提高氢化镁水解性能的有效方法，但水解产物复杂难以快速再生。
[0004]综上所述，氢化镁水解制氢技术的商业化应用仍需寻找简单易行的方法来解决因氢氧化镁钝化层形成致使的动力学缓慢问题，以获得连续快的制氢速率。

技术实现思路
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[0005]本专利技术解决了现有技术存在的问题，提供一种氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料及制备方法，本专利技术直接添加少量廉价偏硼酸盐，原位生成相应的金属硼氢化物，得到氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料，促进氢化镁的水解，提高氢化
镁的水解动力学和产氢量。
[0006]本专利技术的目的是提供一种氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料的制备方法，包括如下步骤：将氢化镁和偏硼酸盐添加剂混合得到混合物，所述偏硼酸盐的添加量为1
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8mol％，混合物在球磨罐内，非氧化气氛下进行固相球磨处理，得到氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料。本专利技术中球磨均在室温下进行。
[0007]本专利技术避免了价格高昂的硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化镁和硼氢化钙，直接使用的金属偏硼酸盐来源丰富，价格低廉，毒性低，安全性高，适合量产。此外，金属偏硼酸盐添加量少，避免了系统氢容量显著下降。本专利技术使用的金属偏硼酸盐与原位形成另一物相氧化镁能起到助磨剂、分散剂，防止材料团聚，增加比表面积，此外，原位生成金属硼氢化物消耗氢化镁，在氢化镁表面形成，进一步减小了氢化镁的尺寸，氢化镁表面形成的钝化层厚度将显著减小，削弱钝化层的影响。
[0008]优选地，所述的偏硼酸盐选自偏硼酸锂、偏硼酸钠、偏硼酸钾、偏硼酸镁和偏硼酸钙中的一种以上。
[0009]优选地，所述的偏硼酸盐的添加量为4
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6mol％。进一步优选，所述的偏硼酸盐的添加量为4mol％。
[0010]优选地，所述的非氧化气氛为1atm氩气气氛。
[0011]优选地，所述的固相球磨处理的球料比为30
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50:1，球磨时间为2
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10h，固相球磨处理采用摆振球磨机。进一步优选，摆振球磨机的转速为1000
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1200r/min，球磨时间为4
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8h。
[0012]本专利技术还保护通过上述制备方法制备得到的氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料。
[0013]本专利技术还保护氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料在水解制氢中的应用。本专利技术所制的氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料在常温常压和纯水发生水解反应，水解动力学较快，1h内水解转化率均能超过86.3％，即1g该材料1h内可放出1452.0mL氢气。
[0014]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0015](1)本专利技术避免了价格高昂的硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化镁和硼氢化钙，直接使用的金属偏硼酸盐来源丰富，价格低廉，毒性低，安全性高，适合量产。此外，金属偏硼酸盐添加量少，避免了系统氢容量显著下降。
[0016](2)本专利技术使用的金属偏硼酸盐与原位形成另一物相氧化镁能起到助磨剂、分散剂的作用，防止材料团聚，增加比表面积，此外，原位生成金属硼氢化物消耗氢化镁，在氢化镁表面形成金属硼氢化物，进一步减小了氢化镁的尺寸，氢化镁水解时表面形成的钝化层厚度将显著减小，削弱钝化层的影响。
[0017](3)本专利技术原位生成的金属硼氢化物水解制氢量与生成金属硼氢化物消耗的氢化镁的水解制氢量理论上相等。
[0018](4)本专利技术所制的氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料在常温常压和纯水发生水解反应，水解动力学较快，1h内水解转化率均能超过86.3％，即1g该材料1h内可放出1452.0mL氢气。
[0019](5)本专利技术制的氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料水解制备的氢气纯度高、无硼烷杂质气体可以直接供给质子交换膜燃料电池使用。
附图说明：
[0020]图1为氢化镁与4mol％偏硼酸钠球磨不同时间后产物的FTIR光谱图，图中各谱线对应的实施例分别为：2)实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将氢化镁和偏硼酸盐添加剂混合得到混合物，所述的偏硼酸盐的添加量为1
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8mol％，混合物在球磨罐内，非氧化气氛下进行固相球磨处理，得到氢化镁
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原位生成的金属硼氢化物水解制氢材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的偏硼酸盐选自偏硼酸锂、偏硼酸钠、偏硼酸钾、偏硼酸镁和偏硼酸钙中的一种以上。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的偏硼酸盐的添加量为4
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6mol％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的非氧化气氛为1a...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱用洋，曾黎明，周建邦，吴岱丰，李睿，曾炜炜，唐仁衡，周庆，
申请(专利权)人：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，
类型：发明
国别省市：