一种可循环利用的制氢材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可循环利用的制氢材料及其制备方法和应用。制氢材料的原料包括：氢氧化钠12~17%，水10~22%，可以与氢氧化钠反应生成粘合剂的固体材料1~3%，成型中间体25~44%，铝末25~40%。制备方法为：将氢氧化钠加入水中，搅拌溶解后加入固体材料，搅拌至溶解后再加入成型中间体，搅拌均匀后加入铝末，搅拌均匀得到成型浆料；将成型浆料压实成型并干燥后得到制氢材料。应用方法为：常温常压下将制氢材料置于装有水的氢气收集器内，反应后在氢气收集器内得到氢气及可循环利用的反应液和残渣。本发明专利技术的制氢材料在常温常压下放入水中即可自然连续产氢，产氢速度可控，原料便于储存和运输，且反应后的产物可循环利用。且反应后的产物可循环利用。

【技术实现步骤摘要】
一种可循环利用的制氢材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及制氢材料
，尤其是涉及一种可循环利用的制氢材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着国民经济的飞速发展，生活水平的不断提高，能源的需求量会不断增加，现有的能源虽然能满足经济运行，但存在着生产成本高、价格贵、有污染、有局限性、有二氧化碳排放等各种不利因素。清洁能源是未来人类社会不可或缺的能源，其中氢气的燃烧热值高，产物无污染，是一种清洁可持续的能源。
[0003]目前的制氢方式主要有化石燃料重整制氢、电解水制氢、光水解制氢、生物制氢以及等离子制氢等，然而这些制氢方式普遍存在着环境污染、制备成本高等缺陷，难以大规模工业化生产。为了解决上述问题，实现氢能的有效利用，人们提出了金属与水反应制氢，比如镁或铝与水制氢等。铝在地壳中储量丰富，而且金属铝与水反应产物可以再生循环利用，因此利用金属铝尤其是废弃铝与水反应来制取氢气可以获得规模化，低成本氢源。但是在实际操作中，铝制氢反应系统存在着很多问题，譬如反应过程不易控制，无法实现连续制氢，原料的储存和运输不便导致反应装置复杂等问题。
[0004]公开号的CN104276541A的中国专利文献公开了一种基于铝合金与水反应的可控制氢装置，该装置利用自身压力来进行氢气发生和产氢速率的调节，但无法实现工作液的循环使用，产生了大量废工作液，直接导致了产氢成本过高。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术中的铝制氢反应系统存在着反应过程不易控制，无法实现连续制氢，原料的储存和运输不便导致反应装置复杂的问题，提供一种可循环利用的制氢材料及其制备方法和应用，采用成型中间体及可与氢氧化钠反应生成粘合剂的固体材料作为辅助原料，将铝粉制成具有几何形状的固体，在常温常压下放入水中即可自然连续产氢，产氢速度可控，原料便于储存和运输，且反应后的产物可循环利用，安全环保、生产成本低，适合大规模工业化生产。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可循环利用的制氢材料，以质量百分数计，原料包括：氢氧化钠12~17%，水10~22%，可以与氢氧化钠反应生成粘合剂的固体材料1~3%，成型中间体25~44%，铝末25~40%。
[0007]本专利技术同时公开了一种上述制氢材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将氢氧化钠加入水中，搅拌溶解后加入固体材料，搅拌至溶解后再加入成型中间体，搅拌均匀后加入铝末，搅拌均匀得到成型浆料；（2）将所述的成型浆料压实成型，干燥后得到所述制氢材料。制备过程中产生的碱性热气可通入贮水箱回收利用。
[0008]本专利技术采用成型中间体及可与氢氧化钠反应生成粘合剂的固体材料作为辅助原料，可以将铝末制成各种几何形状的固体。制备过程中，先将氢氧化钠溶于水得到氢氧化钠
溶液，然后再加入固体材料，使固体材料与氢氧化钠反应生成粘合剂，将成型中间体与铝末粘合，从而使原料可以在模具中压制成型，制成砖块状等形状，大小和尺寸可以按需选择，便于搬运和存放。本专利技术中的制氢材料在常温常压下即可与水反应产生氢气，将制氢材料制作成砖块状（240mm
×
115mm
×
53mm），可以在水中持续产氢48小时左右。故本专利技术中的制氢材料原料易得，产品成分和结构稳定，制备过程无毒、无污染、无刺激性气味，安全性好；使用简便，便于储存和运输，适合工业化生产。
[0009]本专利技术制得的块状制氢材料中，氢氧化钠不仅可以起到与固体材料反应生成粘合剂的作用，还可以避免铝末表面氧化生成氧化膜，影响制氢反应的发生。成型中间体不但可以起到赋形的作用，使铝末可以压制成砖块等几何形状；同时，反应过程中成型中间体还可以起到减小铝末与水的接触面积，从而调节铝末与水的反应速率，避免铝末与水反应太过剧烈导致氢气收集器内温度过高，影响反应安全性的作用。并且，本专利技术在制备过程中，铝末即可与水接触生成氢气，产生的氢气可以在压制后的制氢材料中形成丰富的孔道结构，从而在使用过程中使水可以沿孔道结构顺利进入制氢材料内部，避免压制后的制氢材料过于致密导致其内部无法与水有效接触，降低材料的利用率。但制备过程中加水过多，也会导致铝消耗过多，影响干燥后的制氢材料的产氢时间。
[0010]作为优选，步骤（2）在干燥过程中将成型的制氢材料不断翻转。干燥过程中，铝末与水反应产生的氢气会从成型后的制氢材料顶部逸出，因此为了保证制氢材料两侧的孔道结构均匀，需在干燥过程中不断对制氢材料进行翻转，保证使用过程中制氢材料各处均能与水均匀接触产生氢气。
[0011]作为优选，所述的固体材料为3000~5000目的亲水性气相二氧化硅。本专利技术中采用3000~5000目的亲水性气相二氧化硅作为原料，廉价易得，且二氧化硅加入热的浓氢氧化钠溶液中，可以与氢氧化钠反应得到硅酸钠溶液，硅酸钠溶液具有良好的粘结性能，可以作为粘合剂将成型中间体与铝末粘合，从而使原料可以在模具中压制成型。
[0012]作为优选，所述的成型中间体为山中黄泥。本专利技术采用山中的黄泥作为成型中间体，不但可以起到成型的作用，且黄泥中富含二氧化硅，其中的二氧化硅也可以与氢氧化钠反应生成粘合剂，提高了制氢材料的成型强度，减少了固体材料的用量，降低了生产成本。
[0013]作为优选，所述的水选自井水，山水，河水，地表水中的一种或多种；所述的氢氧化钠为工业级片碱；所述的铝末为废铝末。
[0014]本专利技术的原料中，水采用井水、山水、河水或地表水等自然水即可，氢氧化钠采用工业级片碱即可，铝末用工业生产中产生的废铝末即可，黄泥也是自然界中最为常见的原料，故本专利技术中的各原料均来源广泛且成本低廉，适合工业化生产。
[0015]本专利技术还公开了一种上述制氢材料的应用，方法为：常温常压下将所述的制氢材料置于装有水的氢气收集器内，反应后在氢气收集器内收集得到氢气及可循环利用的反应液和残渣。氢气收集器采用防腐蚀、抗摩擦、抗内压性能好的材料制成，避免反应过程中氢氧化钠对其造成腐蚀，及在产生的气体作用下损坏。
[0016]本专利技术中的制氢材料与水在氢气收集器中反应后，收集到的氢气可以通过管道通入贮水箱中过滤微量水分子后，用于火力发电厂的燃气锅炉内进行燃烧；或把得到的氢气通过干燥器除湿后，用于医疗等其他高端领域，用途广泛。
[0017]反应后得到的反应液中，主要成分为偏铝酸钠（2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑
），
因此反应液可以供给炼铝厂制造炼铝所需的材料冰晶石（Na3AlF6）：2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓
+Na2CO3；2 Al(OH)3+12HF+3Na2CO3=2Na3AlF6+3CO2↑
+9H2O 。
[0018]制氢材料在水中反应放出氢气后会破碎成为残渣，残渣呈弱碱性，可以代替部分铝末和黄泥重新作为原料制作制氢材料，也可用于水稻田中作为土壤改良剂，重新循环利用。因此，本专利技术中的制氢材料使用后得到的反应液和残渣均能实现循环利用，原料利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可循环利用的制氢材料，其特征是，以质量百分数计，原料包括：氢氧化钠12~17%，水10~22%，可以与氢氧化钠反应生成粘合剂的固体材料1~3%，成型中间体25~44%，铝末25~40%。2.根据权利要求1所述的制氢材料，其特征是，所述的固体材料为3000~5000目的亲水性气相二氧化硅；所述的成型中间体为黄泥；所述的水选自井水，山水，河水，地表水中的一种或多种；所述的氢氧化钠为工业级片碱；所述的铝末为废铝末。3.一种如权利要求1或2所述的制氢材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：（1）将氢氧化钠加入水中，搅拌溶解后加入固体材料，搅拌至溶解后再加入成型中间体，搅拌均匀后加入铝末，搅拌均匀得到成型浆料；（2）将所述的成型浆料压实成型，干燥后得到所述制氢材料。4.一种如权利要求1或2任一所述的制氢材料的应用，其特征是，方法为：常温常压下将所述的制氢材料置于装有水的氢气收集器内，反应后在氢气收集器内收集得到氢气及可循环利用的反应液和残渣。5.根据权利要求4所述的制氢材料的应用，其特征是，氢气收集器内，水和制氢材料的质量比为8~12:1。6.一种权利要求4中得到的残渣和反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇，
申请(专利权)人：杭州江涌节能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：