利用酸活化改性膨润土改善镁基储氢材料活化能力的方法技术

本发明专利技术涉及氢能储存技术，旨在提供一种利用酸活化改性膨润土改善镁基储氢材料活化能力的方法。包括：将膨润土原矿加入硫酸溶液中，在88℃条件下搅拌4h；将酸活化改性后的膨润土和镁基储氢材料加入球磨罐并混匀，进行球磨处理后获得活化能力改善的镁基储氢材料。本发明专利技术对镁基储氢材料的吸放氢活化性能有显著地改善作用；可有效改善镁基储氢材料的活化性能，缩短活化次数，提升活化效率，且工艺简单。且工艺简单。且工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
利用酸活化改性膨润土改善镁基储氢材料活化能力的方法


[0001]本专利技术涉及氢能储存技术，特别涉及一种利用酸活化改性膨润土改善镁基储氢材料活化能力的方法。

技术介绍

[0002]化石能源对环境造成的污染以及碳排放等系列环保问题加速了全球对清洁能源的关注。相对而言，氢能是目前最具开发前景的清洁能源之一。氢能利用所得产物只有水，对环境零污染。但是氢能使用过程，氢气储存过程的某些指标至今无法满足氢能大规模使用的要求如：质量储氢密度、吸放氢温度、吸放氢时间等。相比于气态高压储氢及液态储氢，储氢合金材料的储氢具有其独特的性能优势。储氢合金材料安全、高效、高密度的储氢特性近20年来受到大量的关注。目前为止储氢合金材料中只有镁基的MgH2理论值才能满足车用储氢材料储氢量需求，但其吸放氢条件较为苛刻，远无法达到实际使用要求。镁基储氢材料在所有储氢合金材料中，理论储氢量(质量密度)最大，优化其储氢性能一直是氢能源研究目标之一。
[0003]镁基储氢材料在初次使用时需要经过几次吸放氢活化才能平稳地展现其吸放氢性能。常见的活化方式即在特定温度和较高氢压下吸氢至饱和，随后在更高温度和较低的氢压下放氢，上述吸放氢反应的完全执行称为活化的一个全程。众所周知，铸态的镁基储氢材料活化相当困难，初次吸氢至饱和耗时较长，且饱和吸氢量较小，大约需要几小时甚至更长，放氢时情形相似。至少2～3个全程循环大大降低了镁基储氢材料的工作效率。
[0004]改性是改善镁基储氢材料吸放氢性能常用的手段之一。常见的改性途径主要通过添加各种具有催化活性的金属单质或具有催化活性的过渡金属氧化物等。一般通过长时间的机械合金化制备得到中间相产物，这些产物大多具备加速氢分子离解成氢原子的能力，且具有较好的物理捕获氢分子的能力。但是上述改性方法存在着以下劣势：具有催化活性的金属单质通常价格很高，增加了单位成本；获得中间相产物所需要的机械合金化时间较长，通常需要10～40h；相应添加物通过机械合金化作用后通常为微米尺度，较大的尺度不利于弥散分布，要想获得纳米尺度的弥散分布难度较大，若是添加纳米尺度的添加物，相应成本会增加。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种利用酸活化改性膨润土改善镁基储氢材料活化能力的方法。
[0006]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0007]提供一种利用酸活化改性膨润土改善镁基储氢材料活化能力的方法，包括以下步骤：
[0008](1)膨润土的酸活化改性
[0009]将膨润土原矿加入硫酸溶液中，在88℃条件下搅拌4h；经酸活化改性后的膨润土
的比表面积范围为150～185m2/g；
[0010](2)储氢材料活化改善
[0011]将酸活化改性后的膨润土和镁基储氢材料加入球磨罐并混匀，膨润土与镁基储氢材料的质量比为0.5～1％；对混合物进行球磨处理，获得活化能力改善的镁基储氢材料；
[0012]所述镁基储氢材料是La
1.8
Ca
0.2
Mg
16
Ni或La2Mg
16
Ni中的任意一种。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述膨润土原矿中的蒙脱石含量通过吸蓝量计算为67wt.％。
[0014]作为本专利技术的优选方案，将膨润土原矿预先进行干燥粉磨后，依次过筛50目、80目、100目、120目、150目；然后选取粒径区间为50～80目、80～100目、100～120目或120～150目的筛余物用于酸活化改性。
[0015]作为本专利技术的优选方案，所述硫酸溶液的质量百分比浓度为16.7％，膨润土与硫酸溶液的质量比为1:2.4。
[0016]作为本专利技术的优选方案，球磨时的转速为300r/min，球磨处理时间为0.5～1h。
[0017]作为本专利技术的优选方案，球磨时所用球珠及球磨罐的材质均为氧化锆，球料比为20:1。
[0018]专利技术原理描述：
[0019]膨润土作为一种重要的无机非金属矿，其酸活化改性后的产物(又称活性白土)随酸化工艺参数的调整，其比表面积值跨度较大。通常情况下酸活化膨润土比表面积可达100～250m2/g，甚至更高。较高的比表面积以及表面丰富的孔洞结构使得酸活化膨润土对有机染料、气体分子、重金属离子等具有较好的吸附性能。
[0020]膨润土本身不适宜作为储氢材料，因为其主要成分为硅铝氧化物，常规条件下不易形成氢化物。酸活化改性后的膨润土比表面积值可以从原矿50m2/g左右轻松增大到原值的2～4倍。参考吸附储氢用碳纳米管常见的比表面积值，酸活化改性后的膨润土吸附储氢理论可行。在吸附储氢领域，碳纳米管是最为常见的储氢材料，镁基储氢材料添加少量碳纳米管可以显著改善活化性能，但是碳纳米管价格非常高，不适宜普通场景下的大规模使用。铝硅酸盐成分的沸石近年来也被用来进行吸附储氢的探索，相关研究表明虽然其吸氢量不大但在某些特定场合有潜在的应用价值。沸石可以通过膨润土进行合成，其比表面积通常比酸活化改性的膨润土有所增加。在吸附储氢中人们更关注材料的孔道结构及比表面积的高低，关于酸活化改性膨润土能否用于吸附储氢的报到尚无文献可查。
[0021]得益于酸活化改性膨润土粒径小、分散性好、吸附性好，比表面积高，且成本较低等系列特点，本专利技术提出利用酸活化改性膨润土改善镁基储氢材料活化能力的方法，将适当比例的酸活化改性膨润土与镁基储氢材料进行一定范围时长的球磨。经上述改性后，镁基储氢材料的吸放氢活化性能得到了不同程度的改善。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1、本专利技术以酸活化后的膨润土为掺杂剂，对镁基储氢材料进行不同组分比例的共掺，运用球磨的工艺实现掺杂混合物的均匀混合。该方法对镁基储氢材料的吸放氢活化性能有显著地改善作用。
[0024]2、本专利技术提出的改性方法可有效改善镁基储氢材料的活化性能，缩短活化次数，提升活化效率，且工艺简单。
[0025]3、与未改性的铸态镁基储氢材料活化性能相比，本专利技术通过对镁基储氢材料进行不同比例酸活化改性膨润土的添加，活化效率明显提高，表现为初次活化吸氢饱和所需时间明显缩短，同等条件下吸氢量显著增加，且活化完成所需次数相应降低。
[0026]4、膨润土享有“万能粘土”的美誉，其相关产品主要用于铸造、冶金球团、钻井泥浆等领域；但是长期以来上述产品工业加工较为粗放，膨润土消耗量大且相关产品附加值较低。随着环保低碳减排的实施，开发高附加值膨润土产品对天然矿产可持续开发及促进地方经济意义重大。以酸活化改性膨润土制备得到活性白土产品为例，经济效益显著提升。酸活化改性膨润土的主要应用领域囊括油脂类脱色吸附、有机染料的吸附、气体吸附等。
附图说明
[0027]图1为实施例1中添加了酸活化改性膨润土后La
1.8
Ca
0.2
Mg
16
Ni的活化吸氢曲线；
[0028]图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用酸活化改性膨润土改善镁基储氢材料活化能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)膨润土的酸活化改性将膨润土原矿加入硫酸溶液中，在88℃条件下搅拌4h；经酸活化改性后的膨润土的比表面积范围为150～185m2/g；(2)储氢材料活化改善将酸活化改性后的膨润土和镁基储氢材料加入球磨罐并混匀，膨润土与镁基储氢材料的质量比为0.5～1％；对混合物进行球磨处理，获得活化能力改善的镁基储氢材料；所述镁基储氢材料是La
1.8
Ca
0.2
Mg
16
Ni或La2Mg
16
Ni中的任意一种。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高林辉，李明哲，李晨，李跃，沈涛，樊先平，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学温州研究院，
类型：发明
国别省市：