[发明专利]一种铝水反应制氢联产拟薄水铝石和/或氧化铝的方法

说明书

本发明公开了一种铝水反应制氢联产拟薄水铝石和/或氧化铝的方法，包括：a.取金属铝，与金属催化剂进行熔炼，所得合金铝与水反应，制取氢气；b.铝水反应后对料浆进行分离，将分离得到的悬浮料浆进行干燥，获得拟薄水铝石，任选地拟薄水铝石经过煅烧得到氧化铝；c.对分离料浆后的铝水反应残渣进行处理以便回收使用；本发明制得氢气的同时可以获得拟薄水铝石，进一步煅烧可得到α‑氧化铝；工艺简单，流程短、氢气制备条件易于实现；合金中催化剂镓、铟用量少，原料成本低且容易回收重复使用；本发明既可实现氢气生产的安全、环保、低成本、高效率，又能得到拟薄水铝石及氧化铝的高附加值产品，经济效益显著。

技术领域

本发明属于氢气制备与氧化铝类产品高效获得与利用的技术领域。涉及一种金属铝的加工、铝水反应产氢并同时获得拟薄水铝石和/或氧化铝产品的方法。该制氢方法解决了氢能源领域氢气的制备、存储与运输瓶颈问题，制得的氢气可直接提供给加氢站；制氢同时联产的拟薄水铝石可作为催化剂载体的前驱体，也可作为制备氧化铝的原料。

背景技术

能源供应对于国家发展的各个阶段都是最重要的基础条件。我国的能源供应一直以化石燃料为主，占比达到80％以上，由此产生的二氧化硫和二氧化碳排放造成了严重的环境污染，成为影响现代工业可持续发展和人民生活水平提高的重要原因。因此，调整能源战略，开发清洁、高效、可持续发展的新能源成为当务之急。氢是元素周期表中最轻的元素，氢气与氧气反应的热值高，产物是水，不污染环境，而且在自然环境中储量丰富。因此，氢能被认为是最理想的终极能源。我国一直重视氢能利用，国家发改委、能源局发布了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》，全力推进氢能产业化。

目前，国内外针对氢气的制备已经有比较成熟的技术，如电解水制氢、化石燃料重整制氢、铝基合金水解制氢等等。电解水制氢最早开发，距今已经有70年的历史，仍然在不断研究与进步。由于氢气的可压缩性差，质量轻，相对于氢气的制备，存储和运输是氢能发展和应用的瓶颈。为此，寻求新的制氢技术，解决氢气的长途运输与存储问题，成为该领域的研究热点。

铝是地壳中含量最高的金属元素，占地壳总重量的8.3％，在各类硅铝酸盐、氧化物或盐类中存在，来源十分丰富。单质铝属于活泼金属，能够与水反应产生氢气，同时生成铝的氢氧化物或氧化物，但由于产生的铝氧化物常以致密膜的形式出现，并包覆在金属铝表面，从而阻止了铝水反应的持续进行。早期，人们针对铝水反应氧化膜的问题，曾采用体系中加碱腐蚀氧化铝膜的方式，但易造成设备腐蚀。从金属学角度人们很早就认识到，少量低熔点金属可导致金属材料严重脆化并失效，但对于填加低熔点金属获得的铝合金与水反应制氢的技术是本世纪初才提出。首先是2007年美国的Woodall教授研究报道了利用Al和Ga形成的二元合金可在室温下与水反应，产生氢气。近十几年来，针对铝水反应制氢已经引起更多学者关注，该方法的主要优势是可以实现在线产氢，缓解了氢气的储运问题。但由于选取的合金元素主要是低熔点的镓，价格昂贵，回收工艺复杂，只能部分回收，因而氢气的制取成本高而限制了其实际应用。

为减少镓金属的用量，并提高性能，近几年，研究者们尝试了采用多种低熔点金属元素配伍，通过合金活化法改变Al的晶相结构，破坏Al晶胞间的联系，使Al表层氧化膜局部分化，最终达到活化Al的目的。如申请号为201410326082.9的专利，提供了一种用于制备氢气的铝基合金在常温下能够与水反应制氢的方法。该铝基合金由91wt％～95.5wt％的Al，3wt％～6wt％的低熔点金属及1.5wt％～3wt％的防氧化金属组成；低熔点金属为Ga、In和Sn；防氧化金属为Mg和Zn之一种或两种，其目的是减少镓的用量，降低成本。目前采用类似方法已经能够实现填加组分在铝合金中的质量分数降至3-5％。类似的研究成果多有报道。也有学者针对多种元素进行系统的比较研究，如中国科学技术大学杜邦登的博士论文(2018年)、北京理工大学硕士王传华(2015年)等，但随组分元素的多元共存所产生的交互效应，使得水解产物更加复杂，回收难度更大，仍然难以实际应用。