[发明专利]一种α-三氢化铝的合成工艺

说明书

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种α‑三氢化铝的合成工艺。本发明提供一种三氢化铝的制备方法，合成中使用的乙醚溶剂可以不经蒸馏过程直接回收重复使用，降低了α‑三氢化铝的原材料成本。回收的乙醚溶剂不经蒸馏过程可直接回收重复使用，降低了的α‑三氢化铝脱醚析晶反应过程的能耗水平。

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种α-三氢化铝的合成工艺。

背景技术

α-三氢化铝(α-AlH₃)，是二元共价氢化物，体积储氢为0.148kg H₂/L(液氢密度的2倍多)，质量储氢达到10.08％，具有较高的储氢量，可应用在推进剂、炸药、还原剂、氢燃料电池、原子层沉积技术等方面。三氢化铝具有多相性，非溶剂化的三氢化铝有七种不同的晶型，即α-AlH₃、β-AlH₃、γ-AlH₃、δ-AlH₃、ε-AlH₃、θ-AlH₃、α’-AlH₃，其中三氢化铝以α-AlH₃、β-AlH₃以及γ-AlH₃三种晶型的存在为主，在这七种晶型中，α-AlH₃具有最稳定的结构，在空气中可以稳定存在。当前实用性的α-AlH₃合成方法以“湿法”合成为主(Preparation andProperties of Aluminum Hydride，Journal of the American Chemical Society，1976,pp.2450-2453)，即适量的LiAlH₄和AlCl₃

3LiAlH₄+AlCl₃→4AlH₃·nEt₂O+3LiCl (1)

AlH₃·nEt₂O→AlH₃+nEt₂O (2)

在乙醚溶液中反应，生成三氢化铝乙醚络合物(1)，然后在较高沸点的非极性溶剂(甲苯、二甲苯等)中回流脱醚结晶而成(2)。该方法中生成的中间体三氢化铝乙醚络合物在溶剂乙醚中容易结晶析出堵塞反应装置的管道、阀门，因此合成中需要使用大量的乙醚溶剂保持其处于溶解状态。中间体三氢化铝乙醚络合物的溶解度随着温度的升高而降低，需要使用低温制冷设备保持溶液低温(-15℃～-10℃)使三氢化铝乙醚络合物在过滤后处于溶解状态，因此该反应过程需配置低温制冷设备，合成过程能耗较大。由于AlH₃乙醚络合物在乙醚中溶解度有限，导致该化合物的单批次产量低，同时在脱醚过程中要将溶剂乙醚蒸馏除去，该过程耗费大量的能量导致该合成过程能耗大。文献(Preparation,characterization and decomposition ofγ-andα-alane AlH₃，AIAA 2011-5583)报道将制备的AlH₃乙醚络合物溶液中的乙醚在减压条件下蒸干，得到的固态三氢化铝乙醚络合物经研磨处理后在真空烘箱或者甲苯中进行固相脱醚，该方法中需要专门的乙醚蒸馏回收装置和减压抽真空装置，同时固体AlH₃乙醚络合物固体粉末需要研磨处理在处理过程中容易着火导致该方法的安全风险较高。因此开发一种降低α-三氢化铝制备设备投资成本、降低α-三氢化铝合成过程的能耗水平和提升α-三氢化铝合成过程安全风险的合成工艺对于α-三氢化铝大规模制备及应用有着重要的意义。

发明内容