[发明专利]凹土/CeNi5复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非金属矿物精加工与功能材料技术领域，具体的是凹土/CeNi₅复合材料制备工艺。

背景技术

随着化石燃料消耗逐渐增大和储量的日渐枯竭，以及人们对环境保护的日益重视，人们越来越渴望使用环境友好而又可再生的能源。目前，人们最寄希望的是氢能。这是因为氢能资源十分丰富；燃烧产物只有水，而且水还可循环使用；使用方便，通过燃料电池(Fuel cell)即可将氢能转变为电能。然而发展氢能，首要攻克的就是氢的规模贮存这一瓶颈。

凹土（凹凸棒石黏土，以下简称ATP）是一种天然纳米材料，具有特殊纤维状晶体结构形态的含水链层状镁铝硅酸盐矿物，有较大的比表面积和丰富的纳米孔道。一方面凹土内部孔道极为规则，对分子或离子的吸附或交换表现出了一定的选择性，即孔道只允许小于其直径的分子(如H₂)或离子进入；另一方面凹土晶格内部存在着不同程度的阳离子类质同像置换和片边缘晶格缺陷，导致结构中存有剩余电荷，表面官能团附近通常成为活性中心。因此，凹土为表面官能团密度较高的一种极性吸附剂，它们强烈吸附阳离子、极性分子或易于被极化的分子(如H₂)。中国专利申请号为02139090.8“坡缕石矿物储氢材料及其制备方法”，将坡缕石经过提纯、水热、酸活化、热活化处理，其储氢容量为1.0wt%-1.5wt%。但是凹土储氢容量低，难以满足氢能商业化应用要求。

CeNi₅是一种性能优良的稀土系储氢材料，稳定性好。专利号US56395583A报道了CeNi_5-xMn_x合金，能在温和的条件下快速而大量的吸附氢。同时CeNi₅也是目前商用储氢材料的重要组成部分之一，其工业制备方法主要为合金熔炼法，流程包括合金熔炼、均匀化处理和活化处理等，存在工艺复杂、成本高、合金成分不易控制、易氧化、污染环境等缺点，从而使其应用受到限制。

为此，本专利整合了凹土和稀土系储氢合金的优点，采用液相还原法制备出了凹土/CeNi₅复合材料，其优越性在于实现凹土的物理储氢和稀土系合金的化学储氢的有效搭配，发挥我国资源优势，提高凹土、稀土矿物的附加值。同时对于开拓新技术、新工艺在无机金属复合材料制备中的应用，减少污染等方面均有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺流程短，能耗低，污染少，操作简单，易于实现的凹土/CeNi₅复合材料制备方法。

实现本发明目的技术解决方案是：将凹土、乙酸铈、乙酸镍混合溶于去离子水中，搅拌12h，真空蒸发干燥，研磨加去离子水溶解，调节pH，投入还原剂，在N₂气氛中反应，反应温度为60-100℃，反应时间6-8h。反应完毕，减压抽滤，洗涤烘干，即得复合材料。

所述的凹土/CeNi₅复合材料制备方法，其特征在于所述的复合材料中铈源是乙酸铈，镍源是乙酸镍。

所述的方法，其特征在于n_Ce∶n_Ni=1∶5~1.10∶5。

所述的方法，溶液pH值范围为10-14。

所述的制备方法中，凹土、乙酸铈和乙酸镍混合液的浓度为15-100g/L。

所述的制备方法中，其还原剂为水合肼、硼氢化钠、乙二醇、1,2-丙二醇中的任意一种，浓度为5-10g/L。

本发明公开的凹土/CeNi₅复合材料制备工艺，无需复杂的设备，所用化学原料价格便宜，制备的复合材料有望在氢能储存领域得到应用。

附图说明

图1为ATP、CeNi₅/ATP样品的XRD谱图。

图2为CeNi₅/ATP样品的HRTEM照片。

具体实施方式

实施例1：取1g凹土，0.0033mol乙酸铈，0.0158mol乙酸镍，溶于100mL去离子水中，使得混合液浓度为60g/L，超声数分钟，搅拌12h，随后真空蒸发干燥。接着将样品研磨移入三颈烧瓶，调节pH=14，加入还原剂水合肼，浓度为5g/L，在N₂气氛中反应6h，温度为80℃。最后收集，洗涤，干燥，得复合材料。对所得样品进行X射线粉末衍射实验，并在透射电镜下观察其形貌和结构。