钯掺杂海泡石复合储氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开的钯掺杂海泡石复合储氢材料，其特征在于该复合储氢材料中金属钯的含量为1~10wt%，储氢量为1.8~2.8wt%。本发明专利技术还公开了其制备方法，该方法是将海泡石原料经水洗、酸活化后，通过预活化将钯核先植于海泡石纤维上，然后再通过化学镀的自催化氧化还原反应制得钯掺杂海泡石复合储氢材料。本发明专利技术巧妙地利用海泡石表面具有的活性中心，在常温下对海泡石进行了预活化使之在随后的化学镀过程中，海泡石表面上的钯晶种成为自催化活性中心，诱导钯的进一步沉积，不仅为钯掺杂海泡石复合材料的制备提供了一种新的方法，且还简化了常规化学镀的工艺步骤，进一步提升该复合材料的储氢量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属掺杂矿物复合储氢材料及其制备
，具体涉及ー种。
技术介绍
化石能源为人类社会的进步做出了巨大的贡献，但它是ー种不可再生能源，随着人们的使用终会有枯竭的一天，并且在使用的过程中会放出大量的有害气体，对全球的生态环境造成了严重的污染，比如温室效应、酸雨以及臭氧层空洞等，所以寻找ー种对环境友好且可再生的能源变得势在必行。氢能被认为是21世纪的绿色新能源，它因具有众多优异的特性而成为了人们研究的重点。然而氢的开发和利用与氢气的制备、储存、运输和应用四大关键技术有夫，目前的瓶颈主要在于储氢材料的储氢量还不能满足氢能源发展的要求。 针对这ー问题，人们开始将规模储氢的基础研究列入重点的发展规划中。目前，将金属钯掺杂到物理吸附储氢材料中，并通过协效作用来提升储氢材料储氢量的方法成为人们研究的热点之一。金属钯对氢气具有独特的选择性和滲透性，一方面，钯可以与氢原子形成微弱的化学吸附，另一方面，钯可以将氢分子分解为氢原子，并使氢原子在靠近储氢材料的一端与之相结合，这无疑促进了储氢材料对氢的吸附。如现有文献([l」Back, C. K; Sandi, G; Prakash, J. et ai. Hydrogen sorption onpalladium-doped sepio丄lte—derived carbon nanofibers[J」· J. Phys.しhem. B,2006, 110 (33) : 16225-16231. [2]Kocabas, S; Kopac, T. ; Dogu, G. ; ea al. Effect ofthermal treatments and palladium loading on hydrogen sorption characteristicsof single-walled carbon nanotubes [J]. Int. J. Hydrogen Energy, 2008,33(6) : 1693-1699.)报道了一系列IE掺杂复合储氢材料，而这些储氢材料比未掺杂储氢材料的储氢量(例如碳纤维在25°C、9MPa条件下的储氢量为0. 41 wt%)虽提升了 10 50%，但遗憾的是大部分研究选用的物理吸附储氢材料为价格昂贵的碳纤维、碳纳米管等，加之钯也属于贵金属，故该储氢材料成本高昂，无法大規模的推广应用。其次，现有技术中将钯掺杂到表面无活性中心的物理吸附储氢材料——碳纤维或碳纳米管上，一般要经过浸泡、干燥、高温下惰性气体环境中纯化、高纯氏还原等步骤(Kocabas, S; Kopac, T. ; Dogu, G.;et al. Eifect oi thermal treatments and palladium loading on hydrogen sorptioncharacteristics of single-walled carbon nanotubes[J]. Int. J. Hydrogen Energy,2008，33 (6) : 1693-1699.)，不仅エ序繁琐，而且还存在钯在基体上分散状态不好，影响储氢!量进一步提闻等问题。作为无机矿物之一的海泡石的理论结构式为Mg8Si12O3tl(OH)4(OH2)4 · 8H20，它的结构单元是由硅氧四面体和按八面体配位的镁离子组成，具有链状和层状的过渡型结构特征，其结构图如图I所示。其中海泡石単位晶层既有类似于碳纳米管的ー维纳米纤维结构，又有类似蒙脱土 2:1的层状结构，并且在横截面上还存在相互平行且形状规则的孔道。单个孔道截面积为0.37X1. 06 nm2，大于氢分子的动力学直径，且海泡石的孔道内表面具有较强的极性，可吸附氢等小分子进入孔道，这无疑为海泡石作为储氢材料提供了一定的理论依据(木士春.矿物储氢研究[J]·大地构造与成矿学，2005，29(1) :122-130.)。同时，海泡石的表面存在5种类型的官能团，通常会构成剩余电荷中心，成为吸附的活性位置，而吸附的质分子(如H2)总是优先的吸附在表面位阱最深的所谓的“活性点”(Menon，P.G. Adsorption at high pressures [J]. Chem. Rev. , 1968, 68 (3) : 277-294.)上。与其它物理吸附储氢材料(如碳纤维、碳纳米管等)相比，海泡石还具有资源丰富、生产成本低等优势。CN1401421公开了ー种海泡石矿物储氢材料及制备方法，该方法是将海泡石矿料 通过提纯、水热、酸活化、热活化处理后，在IlMPa的压カ和室温条件下进行储氢，储氢量为2. 0wt%。虽然经该方法处理后的海泡石的绝对储氢量比其它物理吸附类储氢材料(如碳纤维、沸石等)高，但这与所选用的海泡石原料矿品位较高(采自湖南浏阳)，提纯处理后海泡石矿物的平均含量高(可达80%以上)，比表面积较大有夫。而作为具备良好物理吸附储氢能力的海泡石，仍然存在着在常温常压下储氢量低，储氢方式单一等缺点，使其应用范围受到限制，不能满足目前大規模储氢的需求
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种钯掺杂海泡石复合储氢材料，该材料不仅钯含量低，且储氢量高。本专利技术的另ー目的是提供ー种上述钯掺杂海泡石复合储氢材料的制备方法。本专利技术提供的钯掺杂海泡石复合储氢材料，其特征在于该复合储氢材料中金属钯的含量为I 10wt%，储氢量为2. Γ3. 0wt%。本专利技术提供的上述钯掺杂海泡石复合储氢材料的制备方法，其特征在于该方法的エ艺步骤和条件如下I)将海泡石原料与水按重量比l:3(Tl:60的比例搅拌混合f6h，然后静置12 24h，取上层悬浮液依次进行过滤、洗涤及干燥得水洗海泡石；2)将水洗海泡石与浓度为O. 5^3mol/L的盐酸水溶液按重量比I: l(Tl:30的比例混合，然后于25飞(TC水浴中搅拌4 16h，经过滤、洗涤及干燥得酸活化海泡石；3)将酸活化海泡石与氯化钯的こ醇溶液按重量比l:2(Tl:50的比例混合，先超声分散均匀，然后于25飞(TC水浴中加热搅拌12 24h，经过滤、洗涤及干燥得预活化海泡石，其中こ醇溶液中氯化钯与酸活化海泡石的重量比为1:50(Γ1000 ；4)将预活化海泡石加入到化学镀钯水溶液中，于25飞(TC水浴中加热搅拌O. 5 3h，经过滤、洗涤及干燥即得钯掺杂海泡石复合储氢材料，其中预活化海泡石与化学镀钮水溶液的重量比为1:40 1:60。以上方法中所用的化学镀钯水溶液是由以下成分组成氯化钯O. 3 3 g /L,乙ニ胺四こ酸ニ钠10 50 g /L，质量分数为25%的氨水5(T200ml/L，水合肼5 20ml/L。本专利技术所用的海泡石原料采自河北易县，其组成为CaC03，65% ;Mg3Si2 (OH) 405，8% ；Si3O6 · H20,9% ;CaMgSi206，18%。经过水洗和酸活化后可以有效的去除海泡石中碳酸钙等杂质，海泡石矿物的平均含量可达60%以上。本专利技术所述的水洗的目的在于除去可溶于水的杂质，并使海泡石纤维最大程度地分散和细化。酸活化的目的在于去除海泡石中碳酸钙等杂质，同时通过脱去结构中部分镁离子，増大比表面积和表面活性。预活化的目的在于将钯核先植于海泡石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钯掺杂海泡石复合储氢材料，其特征在于该复合储氢材料中金属钯的含量为I 10wt%，储氢量为 2. Γ3. Owt%o2.—种权利要求I所述的钯掺杂海泡石复合储氢材料的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下 1)将海泡石原料与水按重量比l:3(Tl:60的比例搅拌混合l 6h，然后静置12 24h，取上层悬浮液依次进行过滤、洗涤及干燥得水洗海泡石； 2)将水洗海泡石与浓度为O.5^3mol/L的盐酸水溶液按重量比I: l(Tl:30的比例混合，然后于25飞(TC水浴中搅拌4 16h，经过滤、洗涤及干燥得酸活化海泡石； 3)将酸活化海泡石与氯化钯的乙醇溶液按重量比l:2(Tl:50的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小平，王朝阳，付志兵，刘志虎，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：