[发明专利]一种液态金属辅助铝块直接制氢装置及其应用

说明书

本发明涉及一种液态金属辅助铝块直接制氢装置，包括铝块、液态金属罐、冲洗剂罐、氢气收集罐、废液回收池、旋转喷头、升降台，所述旋转喷头通过管路分别连接液态金属罐和冲洗剂罐，旋转喷头下方设置所述铝块，铝块放置在升降台上，升降台位于废液回收池内。本发明提供的液态金属辅助铝板水溶液直接制氢装置，首次实现了任意形状固体铝在室温下的直接、连续快速产氢，该连续制氢过程无需提前将铝与液态金属配制成固相合金或液相合金，避免了以往方法中提前配制合金时会因储存受潮产氢继而出现爆炸的潜在风险。

技术领域

本发明属于氢气制备领域，具体涉及一种利用铝块的制氢装置及其应用。

背景技术

作为一种清洁能源，氢气是发电效率极高的能源，具有巨大发展前景。利用人工方法制氢长期为全球学术界和工业界高度重视。经典的获取氢气方法一般是通过光、电等手段分解水溶液来加以制取，但其成本高、能耗大、速度缓慢及可控性差等问题始终成为氢能源得以普及应用的巨大技术瓶颈。无疑，地球上海水丰富，储量巨大，如果能以低成本的方式直接利用水溶液制造出氢气，将大大缓解当前的能源危机。迄今为止，直接从水溶液中获取氢气缓慢发展过程，缺乏突破性技术。此外，众所周知的是，氢气易燃易爆，这给其制成后的高压储存、运输乃至再加注利用都带来较大的安全隐患。可以说，由于受到来自技术的实用性不足，当前的制氢技术、贮存方式及运输途径等问题严重限制了氢能的利用。

与此同时，人们也在探讨采用特殊材料直接反应制氢的途径，以避免来自氢储存的制约，并提高安全度。在各种措施中，采用铝水反应即时获取氢气是一有独特优势和前景的途径。这是因为，铝是地球上储量最多的金属，易于获取，成本低廉，在工业与人们的日常生活中(如铝箔包裹食品)得到了广泛应用。近年来，利用铝基金属材料的水溶液解反应快速获取氢气受到人们高度重视。化学上，金属铝可与水溶液发生反应产生氢气，因此可确保现场制氢和即时供氢。但金属铝性质活泼，易于被氧化，这就使得铝的表面通常会生成致密的氧化铝保护膜，从而导致铝水溶液反应过程不能持续进行下去。这极大的限制了铝水溶液反应制氢技术的发展。为解决该问题，人们提出了一种有效的改善途径，通过将铝制成合金来来在一定程度上减少铝表面氧化膜的生成，由此确保铝水溶液反应持续进行。但到目前为止，所有采取的措施均是提前制备铝合金产氢剂。由于观念和技术的限制，这种铝合金的制成必须经过高温烧制完成，比如，采用高温加热炉将熔点为660.4℃的铝熔化变成液态时，再往里添加配对的金属，通过熔炼搅拌将这些金属材料制成特定组分的合金，制备过程需要避免某些氧化和密封问题。为提好产氢率，许多情况下还需将这些合金磨成铝合金粉，使用时通过铝粉加料斗供应到溶液中与之发生反应来制氢。可见，这种经典方法成本及能耗较高，过程复杂，制氢环节多，且制成的合金表面仍存在一定的氧化铝，这也相对的限制了产氢的效率。自该方法提出以来，学术界的努力方向基本是在不断尝试不同种类的匹配金属，用以提高产氢率。但无论组分和材料类型如何，均难以避免固相材料高温固化和复杂的制备过程和设备。也因如此，利用铝水反应制氢迄今还未有商业上应用的报道。

近期，我们在实验研究中首次发现，将铝箔加入液态金属如镓或镓合金液体时，可使自身表面的氧化层得以彻底去除，此时铝箔与电解液如NaCl、NaOH、HCl等中性、碱性或酸性溶液接触后，会在室温下产生氢气。由此可直接将处理后的合金与溶液发生反应获得氢气。为此，我们提出了将液态金属与铝制成液相合金以制备氢气的技术途径，这改变了传统的铝水反应制氢方式。不过，这种方式仍未达到完全的简化和快速。比如，提前将液态金属与铝配制成液相合金，虽可在常温下快速产氢，但液相合金的制备仍需要将铝块金属加以裁切，将其制成铝箔，乃至相应的合金配制问题，无疑，对铝金属制造、铝质量要求和加工设备仍有一定设备和工艺要求，且制备后液相合金需予以妥善封存，不然遇到水受潮后会因氢气提前产生释放而发生爆炸风险。因此，这种液相合金法尚达不到促成固态铝与水类溶液的直接反应连续制氢。为此，我们进一步提出这样的基础需求，即若能找到一种成本和使用条件前所未有简单的铝水反应制氢新技术，即采用任何形状、任何质地的固体铝材直接产氢，将真正实现氢源的大规模低成本普及应用。

发明内容