一种水解制氢合金的制备方法

技术领域

本发明涉及制氢合金材料技术领域，特别涉及一种水解制氢合金的制备方法。

背景技术

新能源、信息、新材料是现代社会的三大支柱产业,是现代文明高速发展的基础。人口与经济不断增长,化石能源加速枯竭,环境污染日益严重,人类不得不寻求新的能源驱动未来生活，探索可持续绿色能源及环境友好型能源使用技术满足世界日益增长的需要已成为当下热门的研究课题和技术挑战。综合考虑运输便捷性、功能多样性、利用快捷性、安全可靠性和环境兼容性等因素时,氢能是理想的能源体,有望成为化石能源的替代品，自诞生以来，主要能源形势经历了从煤炭到石油再到天然气的逐步更替,近几年开始提倡使用氢能源。能源形势更替导致能源构成中C/H比逐步降低，有效减少二氧化碳(CO

氢能作为未来能源具有三个显著优势:来源广、可循环、零排放，氢能循环使用过程中的唯一副产物水对环境非常友好,零排放特性在提倡科学发展,人与自然和谐共处的特殊时期显得尤为重要。

另一方面，近年来，氢气在氢医学和氢健康的应用得到了科学家的关注。，现代医学研究表明，作为一种选择性抗氧化物质，氢气对很多疾病具有治疗和预防作用，例如呼吸2％的氢气可以治疗肝和心肌缺血再灌注损伤、小肠移植引起的炎症损伤、肾缺血再灌注损伤、新生儿脑缺血缺氧损伤等，因此具有十分广泛的应用前景。

要真正应用氢能源,实现氢经济,必须解决三方面问题,即高效经济的制氢技术、安全可靠的储氢技术和经济合理的用氢技术，实现氢经济的前提是获得高纯氢源，制备氢气的方式很多,大致有以下五种，燃气重组制氢、生物质制氢、电解水制氢、光解水制氢、金属水解制氢。

然而，可用于水解产氢的金属材料并不理想，据报道，活性铝基合金和镁基合金用于水解生成氢气，它具有许多优点，如原料丰富，发电量高，更经济，系统/设备比其他水生成氢气的方法简单，活性铝基合金和镁基合金具有高理论氢气生成能力，并且水解反应的副产物碱液可用于污水处理或其他工业，然而，高纯度铝、高纯度镁、铝基合金以及镁基合金的水解过程被证明受到中性水中产生氢气的高活性的限制，铝合金固有的低表面活性归因于表面三氧化铝(Al

在中国发明专利，专利号为CN202110165622.X一种盐制多孔镁镍水解制氢合金及其制备方法中公开了，对镁合金造孔改性，存在的孔隙可以为水分子提供快速传质通道，起到辅助传质作用，同时孔隙的存在增大与介质接触合金的表面积，提高水解动力学性能的解决方案，与本专利同为对金属进行制备的手法，但是本质上有着明显区别；

镁(Mg)对中性溶液中的氢气生成特别有吸引力，因为其优点包括高理论氢气生成能力，高电化学活性和重量轻，为改善镁基合金产氢材料性能，人们往往通过添加活性金属元素调控镁基合金活性或通过高能球磨工艺细化合金组织，增加比表面积来改善其产氢动力学特性，上述做法往往提高了合金成本，且球磨获得的合金粉带来了存储和安全问题，另外，合金往往表面易形成氧化镁(MgO)等钝化层，降低了合金表面活性，抑制了氢气的表面吸附及传质，使产氢初始速率特别缓慢，另外，镁合金水解制的同时形成Mg(OH)

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种水解制氢合金的制备方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种水解制氢合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、合金配料：选取纯度≥99.8％的金属铝或镁和低熔点金属，该低熔点金属为铋、锡、镓或铟。先将低熔点金属按照铋含量5％～95％wt.％、锡含量5％～95％wt.％、镓含量0％～10％wt.％、铟含量0％～10％wt.％，总量为100％wt.％的配比称重后，在300℃以内的温度下熔化成低熔点合金；按铝或镁含量≥70wt.％，低熔点金属的总量≤30wt.％的配比；

步骤二、合金熔体制备：将步骤一配好的合金放入预先烘干的高纯石墨坩埚中，加热搅拌制得均匀合金熔体；

步骤三、合金粉体材料制备：将步骤二所得到合金熔体充分搅拌后，用高压惰性气体快速冷却分散后制成合金粉体材料；

步骤四、水解制氢合金制备：将步骤三所得合金粉体用压铸机压成密实块状合金后即制备出水解制氢合金。

优选的，在所述步骤一中，所述低熔点合金为铋、锡、镓或铟按照铋含量5％～95％wt.％、锡含量5％～95％wt.％、镓含量0％～10％wt.％、铟含量0％～10％wt.％，总量为100％wt.％的比例熔炼制备，低熔点合金可以为一种、两种、三种或四种合金的任意组合；

优选的，在所述步骤一中，所述铝或镁的含量≥70wt.％，所述低熔点合金的含量≤30wt.％。

优选的，在所述步骤二中，所述高纯石墨坩埚在氩气氛保护下加热至750～1050℃，在高温下电磁搅拌保温10～25min，得到均匀合金熔体。

优选的，在所述在步骤三中，高压惰性气体为纯度≥99.9％的氮气或氩气，气体压力为5～15Mpa。

优选的，在所述在步骤四中，机械压铸压力为10～20T，压铸机压铸温度为0～150℃。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过低熔点合金在300℃以下的温度下预熔炼，可以减少低熔点合金在高温二次熔炼的损耗，从而保证合金配比的稳定性；通过在750～1050℃的高温下电磁搅拌合金熔液10～25min，可以保证铝或镁和低熔点合金混合均匀，从而保证合金成分的一致性。

3、本发明通过纯度≥99.9％的氮气或氩气在5～15Mpa的气体压力下喷雾分散，可以快速冷却合金熔液，从而固化合金内部组织，也保证了合金粉体材料的一致性。

4、本发明通过机械压铸机在10～20T的压铸压力下压制合金粉体材料，得到块体水解制氢合金，可以利用低熔点合金的延展性填充合金边界，达到较强的屈服强度，从而保证合金块体的一致性。

5、本发明制备的水解制氢合金遇到水溶液时，水分子会快速溶解合金中的晶界组织，为后续水解制氢过程打开介质扩散通道，从而促使水解制氢合金快速充分水解，获得极高的制氢产率，避免了材料的浪费。

6、本发明方法简单，易于工业化制氢推广，既保证较快初始及过程产氢速率，又保证极高的制氢产率，同时显著提升材料的利用率，避免产氢合金浪费。

附图说明

图1为本发明一种水解制氢合金的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

一种水解制氢合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、合金配料：选取纯度≥99.8％的金属铝块和低熔点金属锡、镓，按铝含量为90wt.％，锡含量为9.5wt.％，镓含量为0.5wt.％的配比，低熔点金属锡和镓先在250℃的温度下熔化成低熔点合金；

步骤二、合金熔体制备：将步骤一处理好低熔点合金和铝放入预先烘干的高纯石墨坩埚中，加热搅拌制得均匀合金熔体，所述高纯石墨坩埚在氩气气氛保护下加热至780℃，电磁搅拌15min，得到均匀合金熔体；

步骤三、合金粉体材料制备：将步骤二所得合金熔体用8MPa的高压氩气快速冷却分散后制成合金粉体材料；

步骤四、水解制氢合金制备：将步骤三所得合金粉体材料用机械压铸机在12T的压力、100℃的温度下压铸，制得铝基水解制氢合金。

实施例二

一种水解制氢合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、合金配料：选取纯度≥99.8％的金属镁块和低熔点金属锡、镓，按镁含量为85wt.％，锡含量为10wt.％，铋含量为5wt.％的配比，低熔点金属锡和铋先在300℃的温度下熔化成低熔点合金；

步骤二、合金熔体制备：将步骤一处理好低熔点合金和镁放入预先烘干的高纯石墨坩埚中，加热搅拌制得均匀合金熔体，所述高纯石墨坩埚在氩气气氛保护下加热至760℃，电磁搅拌12min，得到均匀合金熔体；

步骤三、合金粉体材料制备：将步骤二所得合金熔体用9MPa的高压氩气快速冷却分散后制成合金粉体材料；

步骤四、水解制氢合金制备：将步骤三所得合金粉体材料用机械压铸机在10T的压力、120℃的温度下压铸，制得镁基水解制氢合金。

本发明通过低熔点合金在300℃以下的温度下预熔炼，可以减少低熔点合金在高温二次熔炼的损耗，从而保证合金配比的稳定性；

通过在750～1050℃的高温下电磁搅拌合金熔液10～25min，可以保证铝或镁和低熔点合金混合均匀，从而保证合金成分的一致性；

通过惰性气体在5～15Mpa的气体压力下喷雾分散，可以快速冷却合金熔液，从而固化合金内部组织，也保证了合金粉体材料的一致性；

通过机械压铸机在10～20T的压铸压力下压制合金粉体材料，得到块体水解制氢合金，可以利用低熔点合金的延展性填充合金边界，达到较强的屈服强度，从而保证合金块体的一致性；

本发明制备的水解制氢合金遇到水溶液时，水分子会快速溶解合金中的晶界组织，为后续水解制氢过程打开介质扩散通道，从而促使水解制氢合金快速充分水解，获得极高的制氢产率，避免了材料的浪费；

本发明方法简单，易于工业化制氢推广，既保证较快初始及过程产氢速率，又保证极高的制氢产率，同时显著提升材料的利用率，避免产氢合金浪费。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。