[发明专利]AB5

说明书

本发明涉及储氢合金领域，公开了AB₅型储氢合金及其制备方法和应用以及含有机物氢气提纯方法，所述储氢合金具有AB₅型晶体结构，其A位点含有La元素和Y元素，并且其B位点含有Ni元素；优选所述储氢合金的通式为：M_mNi_x1Co_x2Mn_x3Fe_x4Al_x5Sn_x6，M_m的通式为：La_y1Ce_y2Nd_y3Pr_y4Y_y5；3≤x1≤5.45，0≤x2≤1.5，0≤x3≤0.8，0≤x4≤0.8，0≤x5≤0.75，0≤x6≤0.2；0.4≤y1≤0.99，0≤y2≤0.45，0≤y3≤0.2，0≤y4≤0.05，0.01≤y5≤0.1。本发明提供的储氢合金，抗有机物能力强，且可以获得高压高纯度氢气。

技术领域

本发明涉及储氢合金领域，具体涉及AB₅型储氢合金及其制备方法和应用以及含有机物氢气提纯方法。

背景技术

氢气作为可再生能源，不仅能效高，而且几乎不产生废弃物。发展氢气能源有望成为提高能效、降低石油消费、改善生态环境、保障能源安全的重要途径，可持续、高效率的规模制氢技术的开发，已成为氢能时代的迫切需求。

利用氢能的技术例如燃料电池通常需要使用具有较高纯度的氢气，然而通常方法得到的氢气，其纯度比较低，特别是一些有机物转化过程产生的氢气例如催化裂化干气、甲烷转化产生的氢气、有机液体脱氢产生的氢气等，通常含有大量的有机物，无法直接使用，需要提纯后使用。氢气的提纯方法有多种，例如低温分离、膜分离、变压吸附分离。低温分离法的基本原理是在相同的压力下，利用氢气与其他组分的沸点差，采用降低温度的方法，使沸点较高的杂质部分冷凝下来，从而使氢与其他组分分离开来，得到纯度 90-98％的氢气，但该种方法在分离之前，需要将先除去CO₂、H₂S和H₂O，并且低温分离法仅适用于氢含量较低的气体。膜分离方法例如聚合物膜分离法纯化氢气的基本原理是：在工作压力下，气体通过聚合物膜的扩散速率不同，从而可以达到分离氢气的效果。其主要适用于以下情形：原料气的压力较高，原料气中氢浓度较高，对于富氢气体在低压条件下使用，对于贫氢气体在高压条件下使用，聚合物膜扩散法操作简单，适用范围较为广泛，同时氢气回收率也比较高，但是回收的氢气压力较低。变压吸附分离通过周期性改变压力来吸附和解吸，从而实现气体的分离和提纯，但变压吸附分离的产品回收率低，一般只有75％左右。

因此，急需开发一种新的有效氢气提纯方法。储氢合金在适当的温度和压力条件下，可以直接与氢气发生可逆反应，生成金属氢化物。它具有在降温升压时可以吸收氢，升温减压时释放氢的性质，同时表面具有很高的活性，利用储氢合金的这一性质，故而被用于纯化氢气。作为储氢合金，先已有以 LaNi₅为代表的AB₅型合金、以ZrV_0.4Ni_1.5为代表的AB₂型合金、此外还有 AB型合金和A2B型合金等各种合金。

稀土储氢合金中典型代表是LaNi5。它的优点为活化容易，平台压力适中且平坦，吸/放氢平衡压差小，动力学性能优良，不易中毒。在25℃及0.2MPa 压力下，该合金储氢量约为1.4％(本文中储氢量、储氢能力均为质量分数)，分解热为30kJ/mol H₂，所以室温下便可以实现对氢的存储。此外，该合金还具有吸/放氢纯度高的特点(99.9％以上)，因此可以作为制备高纯度氢气的一种途径。LaNi5合金的缺点为抗粉化、抗氧化性能较差，且由于含有稀土元素La，价格偏高。对于稀土储氢合金的研究开发，应着重于通过更进一步调整和优化合金的化学组成，以及进一步优化合金的组织结构、合金的表面等，从而使合金的综合性能进一步得到提高。