[发明专利]一种铝钙合金水解制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用铝钙合金水解制氢的方法，属于氢能制备领域。

背景技术

氢能是一种非常优秀的能源载体，是最为理想的二次能源。氢的单位质量能量值是最高的，氢能的燃烧(化学燃烧和电化学燃烧)产物只有水，不排放任何对环境有污染的物质，是真正意义上的绿色能源。发展氢能对缓解和减少当前世界能源危机和温室气体的排放，改善全球环境有着举足轻重的意义。尽管氢能有着其他能源无法比拟的优点，开发与利用也正受到极大的关注，但其推广和普及还面临着许多困难，最为主要的就是氢气难于制备和安全储运。传统的使用氢能的流程是先将氢气制备，然后通过储运，将其输送至用户。氢气主要以气态形式存在，就容易“逃逸”造成损失；另外氢气的具有很宽的着火范围、低的着火能、高的火焰传播速度、很容易爆炸。另外为了进行高能量密度储运，就必须在高压密封压缩储存，这样其安全性更是大大降低。氢能的大规模实际应用还必须考虑到氢气的安全储存和运输。氢能的真正安全使用应该是实时制备与使用，减少中间储存与运输的环节。将以前的储存运输高能压缩氢气转变为运输制氢反应剂，其安全性能将会大大提高。

为了解决上述阻碍氢能发展的问题，许多学者开发了各种制氢技术。在这些技术中，通过金属及合金或金属化合物与水反应制备氢气成为大家研究的热点。众所周知，金属铝性质活泼且储存量丰富，比能量高，在金属中仅次于金属锂。利用金属铝与水反应制氢有望成为一种很有前景的技术。但是金属铝反应时表面易形成惰性氧化膜，阻碍反应进行。如何阻止或破坏惰性氧化膜，使之与水的反应能持续进行成为一个重要的研究方向。有人将氧化铝或氢氧化铝作为添加剂与金属铝制备成金属陶瓷，再与水反应。此方法确实提高了铝与水反应的活性，但是其制氢产率不高。当添加剂达到90％时，1g铝才产生870mlH₂，与理论量的1244ml有一定的距离。另外有人考虑使用铝合金水解制氢，在这些方法中最为吸引人的，就是美国耶鲁大学的Woodall教授利用铝镓合金分解水制备氢气。因为金属镓的熔点低，只有29.7℃。铝容易溶解到镓中，并与之形成铝镓合金。这种合金能快速与水反应产生氢气，制氢产物主要就是氧化铝，通过冶炼易于回收再利用。

但是在这个合金中镓的成分是关键，其含量的多少直接影响到制氢效果和产量。因为镓是惰性金属，在合金与水反应时是不参与制氢反应的，因此合金的产氢量就完全取决于合金中铝的含量。实质上只有溶解到金属镓中的铝才对制氢有贡献。当合金中铝含量很高时，由于镓中溶解铝的量有限，只有部分铝能够溶解，这样就造成铝的使用率很低，最后导致单位质量合金的制氢产率很低；因此，要提高铝的制氢使用效率，就必须完全将其溶解到金属镓中去，这样在合金中镓的含量就一定会增加，由于镓不参与反应，结果也会造成单位质量的产氢率很低。另外，金属镓在地球上的含量也非常少，因此价格非常昂贵，高达4000元/公斤左右，比铝要贵得多。所以应用铝镓合金水解制氢距离实际应用还是有很长的距离的。

因此，非常有必要开发一种新的铝基合金，这种铝合金不仅能抑制惰性氧化铝膜在表面生成，而且能大幅提高单位质量合金的产氢率和降低的制氢成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用铝钙合金水解制备氢气的方法。使用该方法能抑制惰性氧化铝膜在表面生成，而且能大幅提高单位质量合金的产氢率和降低的制氢成本。

一种铝钙合金水解制氢的方法，是将含有质量百分比为2-50wt％的金属钙，0-20wt％的活化剂，其余为金属铝的铝钙合金与反应介质反应快速产生氢气。

所述的活化剂为盐，包括NaCl，KCl，Na₂SO₄，K₂SO₄，CaCl₂，LiCl，Na₂CO₃或K₂CO₃中的一种或几种。

所述的反应介质包括纯水、无机盐溶液，包括NaCl，KCl，LiCl，Na₂CO₃，K₂CO₃，Na₂SO₄或K₂SO₄的水溶液，有机水溶液，包括乙醇或乙醚的水溶液，酸碱溶液，包括NaOH，KOH，LiOH、HCl，H₂SO₄，HNO₃或乙酸的水溶液。