[发明专利]用于产生氢的组合物

说明书

本发明提供了与水接触时产生氢的微粒组合物，所述组合物包含以下物质的颗粒：铝；一种或多种金属氧化物；和一种或多种碱金属或碱土金属的氯化物盐。本发明还提供了制备这种组合物的方法和通过使组合物与水接触来产生氢的方法。

技术领域

本发明涉及用于产生氢气的组合物，制备这种组合物的方法和使用该组合物产生氢气的方法。

背景技术

人们对气候变化的认识不断提高，能源需求不断增长，导致大量研究和开发活动转向了替代能源，例如氢。

氢可用作燃料电池的燃料以产生电能和热量。燃料电池通过与氧气的化学反应将氢的化学能转化为电能。该反应的副产物是水。

尽管氢已成为一种安全、清洁的燃料，但人们仍对目前用于产生H₂的技术感到担忧。

蒸汽可以在金属基催化剂(通常是镍)存在下于高温(例如700-1100℃)下与甲烷反应生成氢气。在该方法中，有毒的一氧化碳作为副产物产生，并且为了产生蒸汽与甲烷反应，需要大型锅炉或蒸汽重整器。

另一种制氢方法涉及电解水，通过使电流通过水，使水分解为阳极处的氧和阴极处的氢。

金属与水之间的反应也得到了广泛的研究。例如，铝金属根据以下方程式与水反应生成氢气：

Al(s)+3H₂O(g)→Al(OH)₃(s)+1.5H₂(g)△Hr＝-280kJ/mol。

然而，铝与水之间的反应的问题在于在金属的表面上非常迅速地形成氧化铝的保护性涂层，从而抑制了进一步的反应。因此，在短暂的最初氢生成爆发之后，进一步的析氢停止或仅非常缓慢地进行。

因此，已经研究了各种可以促进铝与水反应的添加剂。

Wang等(“Preparation and Hydrolysis of Aluminium Based Composites forHydrogen Production in Pure Water”,Materials Trans.(2014),55,pp.892–898)研究了包括CaO、NaCl和低熔点金属(Ga、In和Sn)的添加剂对铝在水中的水解活性的影响。对于包含铝和CaO复合物的混合物的组合物，每克铝的总氢产量(体积)为10-110mL。这远远低于1g Al在25℃和1个大气压下与水完全反应的最大理论产率(1358mL)。通过向Al-CaO组合物中添加NaCl，氢产率提高了，但最多仅为最大理论收率的54％。但是，该论文的作者发现，通过使用包含诸如Ga、In和Sn的金属的铝合金与CaO和NaCl联合，可以获得超过80％的产率。但是，即使使用Ga、In和Sn合金，也只能在高温(60℃)下观察到大于80％的产率。这些金属的使用和铝合金的制备是昂贵的，因此这种混合物作为燃料源的商业潜力受到限制。

Wang等(“Generation of hydrogen from aluminium and water–Effect ofmetal oxide nanocrystals and water quality”,Int.J.Hydrog.Energy(2011),36,pp.15136–15144)还研究了各种第一行过渡金属氧化物纳米晶体的添加对铝与水反应生成氢的影响。

Dupiano等(“Hydrogen production by reacting water with mechanicallymilled composite aluminium-metal oxide powders”,Int.J.Hydrog.Energy(2011),36,pp.4781–4791)研究了几种机械碾磨的铝金属氧化物粉末与水的反应。已经发现，对于含有铝和CuO的混合物的粉末，在室温下进行时，在前三天没有观察到反应。