本发明专利技术公开了一种适合民用的制备氢气的方法，该方法主要使用金属铝产生氢气。将水加入由碱性物质与金属铝共同放置所形成的反应物集合。所述碱性物质或其与水的反应产物，其参与了与所述金属铝的传质接触的部分，相对于所述金属铝的有效摩尔计量比，小于0.8。所述水，是缓缓加入所述反应物集合的；反应过程中，残留于其中尚未反应的可反应水，相对于初始加入的所述金属铝的摩尔计量比，小于1，大于0。本发明专利技术还公开了一种制备氢气的装置，以及一种组合物。本发明专利技术的积极进步效果在于：克服了现有高能量密度制氢技术成本较高、或者有毒的问题，因此比较适合民用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术具体的涉及一种适合民用的制备氢气的方法、装置以及一种组合物。
技术介绍
氢气是一种具有良好前景的新能源。但是，氢气的高密度储运存在很多技术瓶颈。另一种方法是采用化学方式现场制备氢气以满足应用要求。用金属氢化物进行化学反应制备氢气，能够获得较高的能量密度，例如LiH+H20=Li0H+H2、NaBH4+4H20 = NaB (OH)4+4H2。但是金属氢化物通常较为昂贵，而且毒性较大，因此不适合民用，仅适合军用。 金属铝具有与水反应产生氢气的潜力，由于铝比较便宜并且无毒，而且理论上具有较高的产氢重量密度，所以吸引了科学界的注意。但是铝并不能简单地与水持续反应，其原因可能是初始反应产物在铝的表面形成了致密的保护层。一种
技术介绍
，将铝投入强碱溶液，Al+3H20+Na0H = NaAl (OH) 4+l. 5H2。由于NaOH的摩尔质量较大，甚至超过了铝本身的摩尔质量，所以使得产氢重量密度大大降低。或者，将铝投入强酸溶液，例如A1+3HC1 = A1C13+1. 5H2，另有2A1+3H2S04 =Al2 (SO4) 3+3H2。有些强酸如HCl的挥发性很强，会随氢气流溢出，损坏输气管路及用氢装置、危害环境。有些强酸如H2SO4的挥发性虽然不强，但是摩尔质量较大，使得产氢重量密度大大降低。另一种
技术介绍
将低熔点金属，例如在常温下呈液态的汞，覆盖在铝的表面形成铝汞齐，可能有助于破坏铝表面的致密保护层，使得铝与水的反应能够持续进行。但是，汞是有毒物质，汞的蒸气更是剧毒，制备铝汞齐的过程中所用到的氯化汞或硝酸汞，也都是剧毒物质。几年前，美国学者用另一种低熔点金属，无毒无害的镓，与铝组成合金，也能起到类似于汞的作用。但是，镓在合金中的用量高达20%，而镓的市场价格是铝的市场价格的约100倍，因此制氢成本大大提高。美国专利6，969，417提供了一种与水接触能将水分解成为氢与氧的合金，由铝、钠、铅和(钼)组成，其中钠相对于铝的重量比优选为约5 I。美国专利6，899，862中，将氢氧化钠水溶液注入反应器并接触其中的含铝物质，通过调整溶液液位高低、改变溶液注入速度、将溶液抽出反应器等方法来控制反应进程。韩国经PCT至中国的专利200880001156. 4提供了一种与水接触能产生氢气的组合物100重量份的招粉,80 150重量份的选自氧化I丐粉末和白云石粉末的至少一种粉末,5 20重量份的氢氧化钠粉末。并指出，当氧化I丐少于80重量份时,将难于控制产氢反应的速度；当氧化钙多于150重量份时，反应速度将过慢。与上述韩国专利包含相同专利技术人的中国专利201110240844. X (公开日2012.01. 18)指出，上述技术可在短时间内生成大量氢气，但缺点为需要储氢罐及相关设施储存氢气，并且设备本身的体积和重量较大，无法携带使用。201110240844. X还提供了一种使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器；为使反应不激烈，制氢剂中混有含直径为I 5mm的含铝固体颗粒；反应室(7)内设有制氢剂￠)，制氢剂(6)浸入在水(5)中。美国专利20070020174中，将铝及反应促进剂与含水液体接触，提供合适的反应条件，选择反应材料及含水液体的量，使得液体反应产物的PH值约小于12。其采用了较低质量比的NaOH、CaH2、CaO或KOH与铝混合，并加入过量的水，配合磁力搅拌、加温等措施，部分实施例得到了约85%的反应充分度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有的制氢技术中，产氢重量密度低，毒害环境、或者成本高等缺陷，而提供了一种适合民用的制备氢气的方法、装置以及一种组合物。本专利技术的制氢方法反应充分度高，产氢重量密度较高，成本低，环境友好，适合民用。本专利技术人经过大量研究、思考和分析，认为
技术介绍
的美国专利20070020174指出了用较低质量比的碱金属及碱土金属氢化物、碱金属及碱土金属氢氧化物、碱金属及碱土金属氧化物与金属铝混合，再加入水能够产生氢气。但是氢化物都有一定的毒性及强烈的腐蚀性；碱金属氢氧化物及氧化物都有强烈的腐蚀性；碱金属氧化物中，Li2O价格较高，Na2O及K2O难于制造，通常生成过氧化物及超氧化物，重量较大，且遇水产生的氧气混入氢气中存在潜在的爆炸危险；碱土金属氢氧化物及氧化物虽然腐蚀性较低而比较安全，但是效果较差，用量很多，不利于提高能量密度。但是碱金属氢氧化物与金属铝的混合物遇水反应过于猛烈，即使采用较低质量比的氢氧化物，也难于采用少量控制加水的方法来实现平稳的反应。
技术介绍
的中国专利200880001156. 4及201110240844. X共采用了三项措施来解决这个问题1，加入大量的CaO ;2，制成直径较大的混合物圆球以减少接触面积；3，浸入过量的水中，从而降低氢氧化钠的浓度，增加系统热容量以避免升温过快。其第I及第3项措施显著牺牲了能量密度，第3项措施不利于通过自动化的方式根据需要停止反应而降低了头用性。美国专利20070020174采用加入过量水来解决这个问题，并通过磁力搅拌等方式来提高反应的充分度。这两项措施也显著牺牲了能量密度，且不利于通过自动化的方式根据需要停止反应而降低了实用性。本专利技术的对比实施例2测试了使用碱金属氢氧化物的情况，为了避免烧穿反应器外壳，不得不浸泡在水中以限制反应器外壳的温升。因此，为解决上述技术问题，本专利技术提供了下述技术方案本专利技术首先提供了一种组合物，其包含碱性物质以及金属铝；其中，所述的碱性物质为碱金属、合金、或者弱酸的碱金属盐，碱性物质与金属铝的有效摩尔计量比小于0.8，大于0 ;所述的有效摩尔计量比，是以所述碱性物质或其与水的反应产物溶于足量水所能产生的氢氧根离子与金属铝的摩尔比来进行计算的；所述的碱金属为Li、Na或K ;所述的合金为Li合金、Na合金或K合金。在本申请随后进一步提供的氢气的制备方法中，正是将该组合物应用于氢气的制备中，从而解决了本专利技术要解决的技术问题，取得了本专利技术的积极进步效果。本专利技术中，所述的碱性物质，是指能溶于水并产生氢氧根离子的物质，或者能与水反应，其反应产物能溶于水并产生氢氧根离子的物质。本专利技术中，所述的弱酸较佳的为在25°C时，pKa大于11.00(如有多个解离常数，以数值最大的解离常数为准进行判断)的弱酸，PKa的上限可以是已知的弱酸的理论pKa上限，如偏铝酸(pKa为12. 20)、偏硅酸(pKa为11. 80)、正硅酸(H4SiO4)、或正硼酸(H3BO3)。本专利技术中，所述的合金较佳的为Li、Na或K与金属铝形成的合金。所述合金中，Li、Na或K与金属铝的摩尔比可为3 : I I : 3，优选2 I I : 2(如I : I)。所述的合金的粒径可为Imm以下，其下限为制备工艺的技术极限。本专利技术中，所述的碱性物质与金属铝的有效摩尔计量比优选为小于0.8，大于0. 001,进一步优选为大于0. 003，小于0. 8 ;进一步优选为大于0. 003，小于0. 4，再进一步优选大于0.01，小于0.4。本专利技术中，所述的金属铝优选颗粒状的金属铝，其平均粒径小于Imm ;进一步优选平均粒径小于0. 1_，其下限为制备工艺的技术极限，例如目前可能是10nm。在用于本专利技术的制氢方法中时，这有助于加快本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种组合物，其特征在于：其包含碱性物质以及金属铝；其中，所述的碱性物质为碱金属、合金、或者弱酸的碱金属盐，碱性物质与金属铝的有效摩尔计量比小于0.8，大于0；所述的有效摩尔计量比，是以所述碱性物质或其与水的反应产物溶于足量水所能产生的氢氧根离子与金属铝的摩尔比来进行计算的；所述的碱金属为Li、Na或K；所述的合金为Li合金、Na合金或K合金。
【技术特征摘要】
2011.11.23 CN 201110379393.81.一种组合物，其特征在于其包含碱性物质以及金属铝；其中，所述的碱性物质为碱金属、合金、或者弱酸的碱金属盐，碱性物质与金属铝的有效摩尔计量比小于0.8，大于O ;所述的有效摩尔计量比，是以所述碱性物质或其与水的反应产物溶于足量水所能产生的氢氧根离子与金属铝的摩尔比来进行计算的；所述的碱金属为Li、Na或K ;所述的合金为Li合金、Na合金或K合金。2.如权利要求I所述的组合物，其特征在于所述的弱酸为在25°C吋，pKa大于11.00的弱酸，如弱酸有多个pKa，以数值最大的pKa为准进行判断。3.如权利要求2所述的组合物，其特征在于所述的弱酸为偏铝酸、偏硅酸、正硅酸或正硼酸。4.如权利要求I所述的组合物，其特征在于所述的合金为Li、Na或K与金属铝形成的合金。5.如权利要求I所述的组合物，其特征在于所述的碱性物质与金属铝的有效摩尔计量比为小于0.8，大于0. 001。6.如权利要求5所述的组合物，其特征在于所述的碱性物质与金属铝的有效摩尔计量比为大于0. 01,小于0. 4。7.如权利要求I所述的组合物，其特征在于所述的金属铝为颗粒状的金属铝，其平均粒径小于0. 1mm。8.一种适合民用的制备氢气的方法，该方法主要使用金属铝产生氢气，其特征在于 A，将水加入由碱性物质与金属铝共同放置所形成的反应物集合； B，所述碱性物质或其与水的反应产物，其參与了与所述金属铝的传质接触的部分，相对于所述金属铝的有效摩尔计量比，小于0. 8 ;有效摩尔计量比，是以所述碱性物质或其与水的反应产物溶于足量水所能产生的氢氧根离子计算的； C，反应过程中，残留于其中尚未反应的可反应水，相对于初始加入的所述金属铝的摩尔计量比，小于1，大于0; 其中，碱性物质和金属铝的种类如权利要求I 7任ー项所述。9.如权利要求8所述的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：金珂，
申请(专利权)人：太仓克莱普沙能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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