專利名稱:鋁粉制氫的固體組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鋁粉制氫的固體組合物,該技術(shù)制備的氫氣可以應(yīng)用到汽車尾氣的后處理行業(yè)和燃料電池車,也可以直接輸入到傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管中。
背景技術(shù):
當(dāng)前,全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。為應(yīng)付日益嚴(yán)酷的能源緊張,各國(guó)政府和·汽車企業(yè)緊鑼密鼓的開發(fā)新能源汽車,包括燃料電池車、鋰離子電池車以及超級(jí)電容車。鋰離子電池車以及超級(jí)電容車都面臨復(fù)雜的電化學(xué)材料瓶頸問題,估計(jì)未來5 10年內(nèi)很難獲得突破性的技術(shù)進(jìn)展,還要依靠傳統(tǒng)的燃油汽車;而燃料電池車雖然高效,但是仍面臨氫氣的制取和儲(chǔ)存的尖端問題,估計(jì)未來3飛年內(nèi)很難獲得突破性的技術(shù)進(jìn)展,還要依靠傳統(tǒng)的燃油汽車。在傳統(tǒng)汽車的節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域,各種新的技術(shù)選項(xiàng)正在進(jìn)行探索,仍沒有突破進(jìn)展,提高燃燒效率和開發(fā)替代能源是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車的排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)手段選擇方面,人們?nèi)匀幻媾R不少的難題,例如,如何消除NOX和PM方面存在矛盾和制約因素,如何能既能有效消除N0X,又能適當(dāng)除去PM是當(dāng)前的前沿技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。上述幾個(gè)方面的關(guān)鍵問題的突破似乎都與氫氣有關(guān)。例如,高效穩(wěn)定的氫氣來源驅(qū)動(dòng)的燃料電池車;采用廉價(jià)的氫氣作為還原劑成分去除內(nèi)燃機(jī)的NOX和PM污染物;采用穩(wěn)定的氫氣流,引入到傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管,不僅能增加燃燒熱值,改善功率輸出,實(shí)現(xiàn)節(jié)能,同時(shí)也能減少NOX和PM污染物的逸出量。如何高效的、廉價(jià)的和穩(wěn)定的獲得氫氣流是問題的關(guān)鍵點(diǎn)。圍繞此方面的技術(shù),人們或采取電解水制氫氣的辦法,或采取低分子醇類和烴類裂解制氫氣的辦法等,但是,都存在缺陷和不足,無法大批量生產(chǎn)應(yīng)用。也有采取金屬水解制氫氣的辦法,但是,限于化學(xué)反應(yīng)的不能穩(wěn)定進(jìn)行,該技術(shù)也停留在試驗(yàn)室階段。檢索發(fā)現(xiàn),專利申請(qǐng)?zhí)枮榈腃N201010555467. 4 ‘一種由含烴原料氣制氫氣的開工方法’專利是采用工業(yè)烴類原料進(jìn)行制氫、專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910045439. 5的‘氫氣發(fā)生裝置’專利是采用金屬硼氫化物為原料進(jìn)行制氫、專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810215025. 8的‘工業(yè)法制氫氣及裝置’專利是采用高溫下類似水煤氣發(fā)生爐的思路進(jìn)行制氫、專利申請(qǐng)?zhí)枮榈腃N200820158518.8 ‘一種制備氫氣的設(shè)備’專利是描述一種簡(jiǎn)易的制氫裝置、專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200920009697. 3的‘一種即時(shí)自控氫氣發(fā)生裝置’專利描述的是軍用的采用金屬硼氫化物為原料制氫的工藝、專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710119058.8的‘一種用于燃料電池的氫氣的制備方法’專利仍是采用硼氫化物作為原料進(jìn)行制氫、專利申請(qǐng)?zhí)枮榈腃N200610021956. 5 ‘電能制氫及氫能發(fā)電的聯(lián)合裝置’專利是采用電解水制氫氣的思路、專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N93110994. 9的‘用鋁炭嵌合物制備氫氣的方法及其裝置’專利是通過將鋁粒與無定型炭粒按Al : C=I: (O.f 0.3)重量比嵌合后,經(jīng)活化液活化后,置于制氫氣裝置中,再加入水,在光照或加溫條件下,使水分子解離收集氫氣,所說的制氫裝置包括二個(gè)上、下相扣的U形筒體,筒體底中部設(shè)有滑桿或滑桿導(dǎo)管,上U形筒體底上設(shè)有帶塞的投料管和帶開關(guān)的輸氫氣管進(jìn)行制氫,其中,鋁碳嵌合可能不充分,引起制氫反應(yīng)不徹底等。檢索發(fā)現(xiàn),還沒有以金屬鋁為活性基質(zhì)進(jìn)行高效制氫專利申請(qǐng)。2009年,中鋁網(wǎng)綜合科技日?qǐng)?bào)刊登消息俄羅斯科學(xué)家已成功研制出一種可以從自來水中提取氫氣的小型裝置,利用普通的鋁與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,所獲得的大量氫氣既可以用來驅(qū)動(dòng)汽車,也可以裝入特制的燃料電池中用來發(fā)電。但是,并沒有公開是采用何種技術(shù)能使普通的鋁與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,也沒有檢索到其專利的申報(bào)。在試驗(yàn)室內(nèi),依靠多種輔助原料和溫度等條件,可以實(shí)現(xiàn)利用普通的鋁與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的過程。但是,如何能高效、連續(xù)和穩(wěn)定的獲得氫氣的大工業(yè)方法是一個(gè)空白點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁粉制氫的固體組合物,其可以消除鋁表面的氧化鋁 膜對(duì)鋁與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的障礙,并能加快反應(yīng)速度,并能產(chǎn)生穩(wěn)定的氫氣流。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鋁粉制氫的固體組合物,其特性在于由鋁粉、食鹽和硅溶膠組成,按質(zhì)量份數(shù)其中含鋁粉為2 20份,食鹽為(Tl份,硅溶膠0. 5^3份,酒精0.01、. I份。所述的鋁粉為球型的或片狀的,粒徑l(T50iim或300 1300目。所述的食鹽是指民用食鹽,或是粉狀的工業(yè)鹽,粒徑5015001! m。所述的硅溶膠為堿性的、高鈉含量的硅溶膠,硅含量25 35%的硅溶膠。所述的鋁粉制氫的固體組合物的制備工藝如下
(1)準(zhǔn)確稱取鋁粉、硅溶膠和酒精;硅溶膠和酒精調(diào)和均勻;
(2)準(zhǔn)確稱取食鹽;
(3)在攪拌機(jī)中,或和面機(jī)中加入(I),攪拌捏合,時(shí)間為5 20min ;然后加入食鹽,繼續(xù)攪拌或捏合5 20min ;
(4)按需求,手工模壓成柱狀體、球狀體或方塊狀;
(5)移入真空干燥箱內(nèi),真空度保持在133Pa,溫度95 105°C條件下,干燥2(T30min。本發(fā)明的積極效果在于其依靠硅溶膠的粘結(jié)性,把鋁粉和食鹽的顆粒物經(jīng)過捏合,制成一定的固體形狀,改善化學(xué)反應(yīng)的微觀界面,提高了反應(yīng)的連續(xù)性,應(yīng)用于高效制氫提高反應(yīng)速度和制氫效率,穩(wěn)定可控,具有很高的實(shí)用價(jià)值。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述,實(shí)施例為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的特點(diǎn),不等同于限制本發(fā)明,對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員依照本發(fā)明進(jìn)行的更改,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。實(shí)施例I
準(zhǔn)確稱取粒徑20 y m的20份片狀鋁粉中,加入0. 5份硅溶膠和0. I份酒精調(diào)和均勻后的液體,在攪拌機(jī)中攪拌,時(shí)間為5min ;手工模壓成塊狀體;移入真空干燥箱內(nèi),真空度保持在133Pa,溫度95°C條件下,干燥20min,制成非松散狀的固體組合物。把IOOg的此固體組合物放入裝有300g的2%wt的氫氧化鈉溶液的三角燒瓶中,當(dāng)溫度為2(T30°C的條件下,固體組合物表面連續(xù)逸出氫氣泡,約30min后氫氣泡逸出逐漸減弱;加熱三角燒瓶,當(dāng)溫度為55飛5°C的條件下,固體組合物表面大量連續(xù)逸出氫氣泡,約40min后氫氣泡逸出逐漸減弱;冷卻三角燒瓶到2(T30°C的條件下,逸出氫氣泡仍在繼續(xù),但明顯減弱,放置24h后,此固體組合物仍保持固定形狀,反應(yīng)不完全。實(shí)施例2
準(zhǔn)確稱取粒徑50 y m的2份的片狀鋁粉中,加入3份硅溶膠和0. 01份酒精調(diào)和均勻后的液體,在攪拌機(jī)中攪拌,時(shí)間為5min ;手工模壓成塊狀體;移入真空干燥箱內(nèi),真空度保持在133Pa,溫度100°C條件下,干燥20min,制成堅(jiān)硬的塊狀固體組合物。把IOOg的此固體組合物放入裝有300g的2%wt的氫氧化鈉溶液的三角燒瓶中,當(dāng)溫度為2(T30°C的條件下,可見固體組合物表面連續(xù)逸出氫氣泡,約30min后氫氣泡逸出逐漸消失;加熱三角燒瓶,當(dāng)溫度為55飛5°C的條件下,可見固體組合物表面有連續(xù)逸出 氫氣泡,約40min后氫氣泡逸出逐漸消失;冷卻三角燒瓶到2(T30°C的條件下,幾乎觀察不到逸出氫氣泡,放置24h后,此固體組合物仍保持固定形狀,反應(yīng)不完全。實(shí)施例3
準(zhǔn)確稱取粒徑30 y m的15份的片狀鋁粉中,加入3份硅溶膠和0. I份酒精調(diào)和均勻后的液體,在攪拌機(jī)中攪拌捏合,時(shí)間為5min,然后加入粒徑300 y m食鹽I份,繼續(xù)捏合5min ;手工模壓成塊狀體;移入真空干燥箱內(nèi),真空度保持在133Pa,溫度100°C條件下,干燥20min,制成具備一定形狀的稍硬的塊狀固體組合物。把IOOg的此固體組合物放入裝有300g的2%wt的氫氧化鈉溶液的三角燒瓶中,當(dāng)溫度為2(T30°C的條件下,可見固體組合物表面連續(xù)均勻的逸出氫氣泡,約30min后氫氣泡逸出速度不變;加熱三角燒瓶,當(dāng)溫度為55飛5°C的條件下,可見固體組合物表面有激烈的連續(xù)氫氣泡逸出,約40min后仍保持穩(wěn)定的氫氣泡逸出;冷卻三角燒瓶到2(T30°C的條件下,仍可見固體組合物表面連續(xù)均勻的逸出氫氣泡;放置48h后,此固體組合物完全溶解,反應(yīng)完全,混合液體為絮狀懸浮液。
權(quán)利要求
1.一種鋁粉制氫的固體組合物,其特性在于由鋁粉、食鹽和硅溶膠組成,按質(zhì)量份數(shù)其中含鋁粉為2 20份,食鹽為(Tl份,硅溶膠0. 5^3份,酒精0. OTO. I份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁粉制氫的固體組合物,其特征在于所述的鋁粉為球型的或片狀的,粒徑l(T50iim或300 1 300目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁粉制氫的固體組合物,其特征在于所述的食鹽是指民用食鹽,或是粉狀的工業(yè)鹽,粒徑5(Tl500 u m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁粉制氫的固體組合物,其特在于所述的硅溶膠為堿性的、高鈉含量的硅溶膠,硅含量25 35%的硅溶膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁粉制氫的固體組合物,其特征在于所述的鋁粉制氫的固體組合物的制備工藝如下 (1)準(zhǔn)確稱取鋁粉、硅溶膠和酒精;硅溶膠和酒精調(diào)和均勻; (2)準(zhǔn)確稱取食鹽; (3)在攪拌機(jī)中,或和面機(jī)中加入(I),攪拌捏合,時(shí)間為5 20min ;然后加入食鹽,繼續(xù)攪拌或捏合5 20min ; (4)按需求,手工模壓成柱狀體、球狀體或方塊狀; (5)移入真空干燥箱內(nèi),真空度保持在133Pa,溫度95 105°C條件下,干燥2(T30min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁粉制氫的固體組合物,其特性在于由鋁粉、食鹽和硅溶膠組成,按質(zhì)量份數(shù)其中含鋁粉為2~20份,食鹽為0~1份,硅溶膠0.5~3份,酒精0.01~0.1份。其依靠硅溶膠的粘結(jié)性,把鋁粉和食鹽的顆粒物經(jīng)過捏合,制成一定的固體形狀,改善化學(xué)反應(yīng)的微觀界面,提高了反應(yīng)的連續(xù)性,應(yīng)用于高效制氫提高反應(yīng)速度和制氫效率,穩(wěn)定可控,具有很高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C01B3/08GK102976269SQ20111026171
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者張克金, 米新艷, 崔龍, 許德超, 應(yīng)善強(qiáng), 劉國(guó)軍, 于麗娜 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車股份有限公司