一種制備產(chǎn)氫鋁鐵合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于產(chǎn)氫合金領(lǐng)域，具體涉及鋁鐵產(chǎn)氫合金的制備方法，該合金可以與稀氫氧化鈉水溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
技術(shù)背景
[0002]氫能的推廣主要受到制氫技術(shù)、貯存技術(shù)和運(yùn)輸技術(shù)等制約。目前工業(yè)用氫是采用化石燃料制氫和電解水制氫方法制取，制氫效率不高，需要耗費(fèi)大量能源且對環(huán)境污染較大。氫氣的貯存和運(yùn)輸也制約了氫氣的應(yīng)用。如果采用液化方法貯存和運(yùn)輸，液化容量100kg/h的小型液化廠必須耗費(fèi)40?60MJ電能來液化1kg氫氣，所耗費(fèi)能量將可能超過其液化氫氣所含能量；即使容量達(dá)10000kg/h的大型液化廠，液化也需耗費(fèi)其液化氫氣所含能量之30%，這樣大量能量的耗費(fèi)帶來了成本的增加。儲氫罐本身十分笨重，即使儲存罐內(nèi)充滿了氫，儲存的氫也只占整個儲存罐質(zhì)量的5%?7%，因此，用儲氫罐貯存和運(yùn)輸增加了氫氣運(yùn)輸成本。氫氣密度小，易泄露，存在安全隱患。鋁合金制氫技術(shù)是比較切實(shí)可行、很有前景的貯存和運(yùn)輸氫氣的方式，有廣泛的應(yīng)用前景。例如，用鋁合金制氫代替汽油作為汽車內(nèi)燃機(jī)的燃料，其制氫成本與汽油相比極具競爭力，且其排出的唯一廢棄物是水，不會產(chǎn)生任何污染。在制氫鋁合金中，鋁鐵合金是制氫性能較好的合金之一。目前的產(chǎn)氫鋁合金制備方法主要是以純金屬為原料在惰性氣體氣氛下高溫熔煉和球磨，熔煉和球磨需要消耗大量能量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制備產(chǎn)氫鋁鐵合金的方法，以期該方法減去目前制備產(chǎn)氫鋁鐵合金過程中的高溫熔煉步驟，降低產(chǎn)氫鋁鐵合金的生產(chǎn)成本。
[0004]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0005]本發(fā)明提供了一種制備產(chǎn)氫鋁鐵合金的方法，該方法采用熔融的A1F3、NaF、A1203和FeO混合物為電解質(zhì)，在氬氣氣氛保護(hù)下進(jìn)行電解，以石墨作陽極，以惰性金屬或石墨作為陰極，熔鹽體系溫度為850?1050°C，電解槽電壓為2.5?4.0V，電解6?10h后，冷卻得到鋁鐵合金；所述電解質(zhì)中NaF與A1F3的摩爾比為2.6?2.0:1 ;A1 203的質(zhì)量是NaF與A1F3質(zhì)量之和的3?5%，F(xiàn)eO質(zhì)量是A1 203質(zhì)量的1?9 %，所得招鐵合金中鐵的含量是1 ?
[0006]本發(fā)明同時提供了另一種制備產(chǎn)氫鋁鐵合金的方法，該方法采用熔融的A1F3、NaF, A1203和Fe 203混合物為電解質(zhì)，在氬氣氣氛保護(hù)下進(jìn)行電解，以石墨作陽極，以惰性金屬或石墨作為陰極，熔鹽體系溫度為850?1050 °C，電解槽電壓為2.5?4.0V，電解6?10h后，冷卻得到鋁鐵合金；所述電解質(zhì)中NaF與A1F3的摩爾比為2.6?2.0:1 ;A1 203的質(zhì)量是NaF與A1F3質(zhì)量之和的3?5%，F(xiàn)e 203質(zhì)量是A1 203質(zhì)量的1?11 %，所得鋁鐵合金中鐵的含量是1?8%。
[0007]作為一種優(yōu)化，上述惰性金屬為Mo、W或Pt。
[0008]本發(fā)明的電解質(zhì)體系中可以加入少量MgF2、CaF2等降低電解的溫度。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0010]1、本發(fā)明采用熔鹽電解法直接制備產(chǎn)氫鋁合金，省去了高溫熔煉過程，極大降低了產(chǎn)氫鋁鐵合金的制備成本。
[0011]2、本發(fā)明所制備的鋁鐵合金，可以在30 °C與5% NaOH持續(xù)反應(yīng)制備氫氣。合金在氬氣保護(hù)氣氛中球磨成合金粉，產(chǎn)氫速率得到很大提高。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實(shí)施例對
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
[0013]實(shí)施例1
[0014]將NaF、AlF3、Al203和Fe 203混合物研磨放入石墨坩禍中，在氬氣保護(hù)氣氛下300°C保溫2小時，除去殘留的水分；NaF和A1F3的摩爾比為2.6，A1 203和Fe 203的質(zhì)量分別是NaF、A1F3質(zhì)量之和的5%和0.45% ;以石墨作為陽極，Mo作為陰極，將溫度升高至1050°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓4.0V，電解10小時后，氬氣保護(hù)下冷卻至室溫，在氬氣保護(hù)氣氛中從石墨坩禍中取出鋁鐵合金，將鋁鐵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，形成粒徑約5微米的合金粉，即得到鋁合金粉。
[0015]用ICP元素分析方法分析鋁鐵合金的組成，該合金中鐵的含量為8%。該鋁合金可以在30°C與5% NaOH反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鐵合金粉放入1000克30°C的5% NaOH中，10分鐘可以產(chǎn)生氫氣960毫升，60分鐘可以產(chǎn)生氫氣1065毫升。
[0016]實(shí)施例2
[0017]將NaF、AlF3、Al203和Fe 203混合物研磨放入石墨坩禍中，在氬氣保護(hù)氣氛下300°C保溫2小時，除去殘留的水分；NaF和A1F3的摩爾比為2.3，A1 203和Fe 203的質(zhì)量分別是NaF、A1F3質(zhì)量之和的4%和0.04% ;以石墨作為陽極，W作為陰極，將溫度升高至850°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓2.5V，電解8小時后，氬氣保護(hù)下冷卻至室溫，在氬氣保護(hù)氣氛中從石墨坩禍中取出鋁鐵合金，將鋁鐵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，形成粒徑約5微米的合金粉，即得到鋁合金粉。
[0018]用ICP元素分析方法分析鋁鐵合金的組成，該合金中鐵的含量為1%。該鋁合金可以在30°C與5% NaOH反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鐵合金粉放入1000克30°C的5% NaOH中，10分鐘可以產(chǎn)生氫氣965毫升，60分鐘可以產(chǎn)生氫氣1078毫升。
[0019]實(shí)施例3
[0020]將NaF、A1F3、A1203和FeO混合物研磨放入石墨坩禍中，在氬氣保護(hù)氣氛下300°C保溫2小時，除去殘留的水分；NaF和A1F3的摩爾比為2.1，A1 203和FeO的質(zhì)量分別是NaF、A1F3質(zhì)量之和的3%和0.33%;以石墨作為陽極，石墨作為陰極，將溫度升高至990°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓3.0V，電解6小時后，氬氣保護(hù)下冷卻至室溫，在氬氣保護(hù)氣氛中從石墨坩禍中取出鋁鐵合金，將鋁鐵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，形成粒徑約5微米的合金粉，即得到鋁合金粉。
[0021]用ICP元素分析方法分析鋁鐵合金的組成，該合金中鐵的含量為8%。該鋁合金可以在30°C與5% NaOH反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鐵合金粉放入1000克40°C的5% NaOH中，10分鐘可以產(chǎn)生氫氣940毫升，60分鐘可以產(chǎn)生氫氣1008毫升。
[0022]實(shí)施例4
[0023]將NaF、A1F3、A1203和FeO混合物研磨放入石墨坩禍中，在氬氣保護(hù)氣氛下300°C保溫2小時，除去殘留的水分；NaF和A1F3的摩爾比為2.0，A1 203和FeO的質(zhì)量分別是NaF、A1F3質(zhì)量之和的4%和0.05%;以石墨作為陽極，Pt作為陰極，將溫度升高至1050°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓2.5V，電解6小時后，氬氣保護(hù)下冷卻至室溫，在氬氣保護(hù)氣氛中從石墨坩禍中取出鋁鐵合金，將鋁鐵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，形成粒徑約5微米的合金粉，即得到鋁合金粉。
[0024]用ICP元素分析方法分析鋁鐵合金的組成，該合金中鐵的含量為1%。該鋁合金可以在30°C與5% NaOH反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鐵合金粉放入1000克40°C的5% NaOH中，10分鐘可以產(chǎn)生氫氣985毫升，60分鐘可以產(chǎn)生氫氣1015毫升。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備產(chǎn)氫鋁鐵合金的方法，其特征在于，該方法采用熔融的A1F 3、NaF、A1203和FeO混合物為電解質(zhì)，在氬氣氣氛保護(hù)下進(jìn)行電解，以石墨作陽極，以惰性金屬或石墨作為陰極，熔鹽體系溫度為850?1050°C，電解槽電壓為2.5?4.0V，電解6?10h后，冷卻得到鋁鐵合金； 所述電解質(zhì)中NaF與A1F3的摩爾比為2.6?2.0:1 ;A1 203的質(zhì)量是NaF與A1F 3質(zhì)量之和的3?5%，F(xiàn)eO質(zhì)量是A1203質(zhì)量的1?9%，所得鋁鐵合金中鐵的含量是1?8%。2.一種制備產(chǎn)氫鋁鐵合金的方法，其特征在于，該方法采用熔融的A1F 3、NaF, A1203和Fe203混合物為電解質(zhì)，在氬氣氣氛保護(hù)下進(jìn)行電解，以石墨作陽極，以惰性金屬或石墨作為陰極，熔鹽體系溫度為850?1050°C，電解槽電壓為2.5?4.0V，電解6?10h后，冷卻得到鋁鐵合金； 所述電解質(zhì)中NaF與A1F3的摩爾比為2.6?2.0:1 ;A1 203的質(zhì)量是NaF與A1F 3質(zhì)量之和的3?5%，F(xiàn)e203質(zhì)量是A1 203質(zhì)量的1?11 %，所得鋁鐵合金中鐵的含量是1?8%。3.如權(quán)利要求1或2所述的制備產(chǎn)氫鋁鐵合金的方法，其特征在于，所述惰性金屬為Mo、W 或 Pt。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備產(chǎn)氫鋁鐵合金的方法，屬于產(chǎn)氫合金領(lǐng)域。該方法是將NaF、AlF3、Al2O3和FeO(或Fe2O3)混合物研磨放入石墨坩堝中，以石墨作為陽極，惰性金屬(Mo、W或Pt)或石墨作為陰極，將溫度升高至850-1050℃進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓2.5～4.0，電解6～10小時后，氬氣保護(hù)下冷卻至室溫，在氬氣保護(hù)氣氛中從石墨坩堝中取出鋁鐵合金，再將鋁鐵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，得到鋁鐵合金粉。該方法減去了目前制備產(chǎn)氫鋁鐵合金過程中的高溫熔煉步驟，同時該方法得到的合金粉可以在30℃與5％NaOH反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
【IPC分類】C25C3/36
【公開號】CN105350025
【申請?zhí)枴緾N201510791047
【發(fā)明人】儲向峰, 夏念念, 干正強(qiáng), 肖賽君, 華中勝, 趙 卓
【申請人】安徽工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月16日