[发明专利]一种铝基材料裂解水制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用铝基材料裂解水制氢的方法，属于氢能制备领域。

背景技术

氢能是一种非常优秀的能源载体，不排放任何对环境有污染的物质，是真正意义上的绿色能源。但是氢气的难于制备和安全储运已成为限制氢能经济发展的瓶颈。氢能的真正安全使用应该是实时制备与使用，减少中间储存与运输的环节。将以前的储存运输高能压缩氢气转变为运输制氢反应剂，其安全性能将会大大提高。

针对上述问题，许多学者开发了各种制氢技术。其中以金属及合金或金属化合物与水反应制备氢气成为研究的热点。例如碱金属，金属氢化物等都能与水反应产生氢气。但是这类制氢反应会产生碱性很强的溶液或者需要贵金属作为催化剂，这些都极大的限制了其实际应用。于是人们开始研究其它活泼金属来制备氢气。众所周知，金属铝性质活泼且储存量丰富，密度小，比能量高，在金属中仅次于金属锂。利用金属铝与水反应制氢有望成为一种很有前景的技术。但是金属铝反应是表面易形成惰性氧化膜，阻碍反应进行。如何阻止或破坏惰性氧化膜，使之与水的反应能持续进行成为一个重要的研究方向。有人将氧化铝或氢氧化铝作为添加剂与金属铝制备成金属陶瓷，再与水反应。此方法确实提高了铝与反应的活性，但是其制氢产率不高，尤其是单位质量氢气产率太低。当添加剂达到90％时，1g铝才产生870mlH₂，与理论量的1244ml有一定的距离。另外也有人把盐与铝粉混合经过球磨合成制氢原料。同样只有当盐的含量达到76％时，才能使铝的制氢产率达到100％。但是单位质量的制氢原料的产氢率仍然很低，只有24％。为了提高单位质量制氢原料的产氢率，有人考虑使用铝合金水解制氢。在这些方法中最为吸引人的，就是美国耶鲁大学的Woodall教授利用铝镓合金分解水制备氢气。因为金属镓的熔点低，只有29.7℃。铝容易溶解到镓中，并与之形成铝镓合金。这种合金能快速与水反应产生氢气，制氢产物主要就是氧化铝，通过冶炼易于回收再利用。含铝80％的铝镓合金与水反应，假设反应产生的水有50％被回收后再循环参与反应，合金就将具有大于6％的氢密度，完全符合美国能源部的上述指标要求。但是由于镓是惰性金属，与水反应时是不参与制氢，因此合金的产氢量就完全取决于合金中铝的含量，所以单位质量合金的制氢产率也较低。另外，金属镓在地球上的含量也非常少，因此价格非常昂贵，高达4000元/公斤左右，比铝要贵得多。这在一定程度上限制这种合金应用实际的制氢中去。

基于以上发现，启发我们可通过添加金属或化合物来阻碍惰性氧化膜在金属铝表面的形成，从而改变金属铝与水反应特性。如果能够找到一种能够价格便宜，易于获得金属化合物来活化金属铝起到阻碍氧化膜形成的作用，这样我们就可以大幅度降低制氢材料的生产成本和提高制氢效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用铝基材料裂解水制备氢气的方法。该材料价格便宜，易于获得金属化合物来活化金属铝起到阻碍氧化膜形成的作用，可以大幅度降低制氢材料的生产成本和提高制氢效率。

本发明的一种铝基材料裂解水制备氢气的方法：以不同质量百分比的铝和氧化物或碳酸盐为原料，添加盐作为活化剂，通过机械球磨制备得到的铝基材料与反应介质反应快速产生氢气。

所述的铝基材料成分质量百分含量为：2-50wt％的氧化物或碳酸盐，0-20wt％的盐，其余为金属铝。

所述的氧化物为CaO，Li₂O，Na₂O，K₂O中的一种或几种，所述的碳酸盐为CaCO₃，Li₂CO₃，Na₂CO₃，K₂CO₃中的一种或几种。

所述的盐活化剂为NaCl，KCl，Na₂SO₄，K₂SO₄，CaCl₂，LiCl，Na₂CO₃，K₂CO₃中的一种或几种。

所述的反应介质包括纯水、无机盐溶液、有机水溶液或酸碱溶液。