一種熔鹽電解共沉積制備產(chǎn)氫鋁鎵合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于產(chǎn)氫合金領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)氫鋁鎵合金的制備方法，該合金可以與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
【背景技術(shù)】
[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Ikg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(chǔ)氫罐本身十分笨重，即使儲(chǔ)存罐內(nèi)充滿了氫，儲(chǔ)存的氫也只占整個(gè)儲(chǔ)存罐質(zhì)量的5%?7%，因此，用儲(chǔ)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(huì)產(chǎn)生任何污染。鋁合金制氫還非常適用于潛水艇，因?yàn)椴慌欧庞卸練怏w，不損害艇員的健康。在制氫鋁合金中，鋁鎵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]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制備產(chǎn)氫鋁鎵合金的方法，以期減去目前制備產(chǎn)氫鋁鎵合金過程中的高溫熔煉步驟，降低產(chǎn)氫鋁鎵合金的生產(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)明是將NaF、AlF3、Al203和Ga 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(shí)，除去殘留的水分，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880-1000°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓2.5?5.0V,電解5?10小時(shí)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鎵合金，將鋁鎵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，得到鋁合金粉。
[0006]上述電解質(zhì)中NaF與AlF3的摩爾比為2.6?2.0:1 ;A1 203的質(zhì)量是NaF與AlF3質(zhì)量之和的3?5% ,Ga2O3質(zhì)量是Al 203質(zhì)量的4?20%，所得鋁鎵合金中鎵的含量是0.5?12%。
[0007]本發(fā)明的電解質(zhì)體系中可以加入少量MgF2、CaF^來降低電解的溫度。
[0008]本發(fā)明采用ICP元素分析方法分析鋁鎵合金的組成。本發(fā)明所制備的鋁合金可以在40°C與水反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鎵合金粉放入1000克40°C的水中，將產(chǎn)生的氫氣導(dǎo)入一個(gè)裝滿水的瓶中，氫氣進(jìn)入后排出相同體積的水，通過稱量排出水的重量計(jì)算產(chǎn)生氫氣的體積。
[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，將省去熔煉過程，極大降低了產(chǎn)氫鋁鎵合金的制備成本；
[0011]2、本發(fā)明所制備的鋁鎵合金，可以在40°C與水持續(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]下面以具體實(shí)例來對本
【發(fā)明內(nèi)容】
做進(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Ga 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(shí)，除去殘留的水分；NaF和AlF3的摩爾比為2.6，Al 203和Ga2O3的質(zhì)量分別是NaF、AlF3質(zhì)量之和的5%和0.8% ;以石墨作為陽極，Mo作為陰極，將溫度升高至1000°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓5.0V,電解10小時(shí)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鎵合金，將鋁鎵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，得到鋁合金粉。
[0015]用ICP元素分析方法分析鋁鎵合金的組成，該合金中鎵的含量為12%。該鋁合金可以在40°C與水反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鎵合金粉放入1000克40°C的水中，10分鐘可以產(chǎn)生氫氣980毫升，60分鐘可以產(chǎn)生氫氣1045毫升。
[0016]實(shí)施例2
[0017]將NaF、AlF3、Al203和Ga 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(shí)，除去殘留的水分；NaF和AlF3的摩爾比為2.3，Al 203和Ga2O3的質(zhì)量分別是NaF、AlF3質(zhì)量之和的4%和0.4%;以石墨作為陽極，W作為陰極，將溫度升高至940°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓4.0V,電解8小時(shí)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鎵合金，將鋁鎵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，得到鋁合金粉。
[0018]用ICP元素分析方法分析鋁鎵合金的組成，該合金中鎵的含量為8%。該鋁合金可以在40°C與水反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鎵合金粉放入1000克40°C的水中，10分鐘可以產(chǎn)生氫氣960暈升，60分鐘可以產(chǎn)生氫氣1085暈升。
[0019]實(shí)施例3
[0020]將NaF、AlF3、Al203和Ga 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(shí)，除去殘留的水分；NaF和AlF3的摩爾比為2.1，A1 203和Ga2O3的質(zhì)量分別是NaF、AlF3質(zhì)量之和的3%和0.3% ;以石墨作為陽極，石墨作為陰極，將溫度升高至920°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓3.0V,電解6小時(shí)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鎵合金，將鋁鎵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，得到鋁合金粉。
[0021]用ICP元素分析方法分析鋁鎵合金的組成，該合金中鎵的含量為7%。該鋁合金可以在40°C與水反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鎵合金粉放入1000克40°C的水中，10分鐘可以產(chǎn)生氫氣950暈升，60分鐘可以產(chǎn)生氫氣1095暈升。
[0022]實(shí)施例4
[0023]將NaF、AlF3、Al203和Ga 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(shí)，除去殘留的水分；NaF和AlF3的摩爾比為2.0, Al 203和Ga2O3的質(zhì)量分別是NaF、AlF3質(zhì)量之和的4%和0.16% ;以石墨作為陽極，Pt作為陰極，將溫度升高至880°C進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓2.5V，電解5小時(shí)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鎵合金，將鋁鎵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，得到鋁合金粉。
[0024]用ICP元素分析方法分析鋁鎵合金的組成，該合金中鎵的含量為3%。該鋁合金可以在40°C與水反應(yīng)以較快的速率產(chǎn)生氫氣，將1.0克鋁鎵合金粉放入1000克40°C的水中，10分鐘可以產(chǎn)生氫氣990毫升，60分鐘可以產(chǎn)生氫氣1075毫升。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熔鹽電解共沉積制備產(chǎn)氫鋁鎵合金的方法，其特征在于:該方法采用熔融的AlF3、NaF、Al203和Ga 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880-1000°C，電解槽電壓為2.5?5.0V,電解5?1h后，冷卻得到鋁鎵合金； 所述電解質(zhì)中NaF與AlF3的摩爾比為2.6?2.0:1 ;A1 203的質(zhì)量是NaF與AlF 3質(zhì)量之和的3?5%，Ga2O3質(zhì)量是Al 203質(zhì)量的4?20%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備產(chǎn)氫鋁鎵合金的方法，屬于產(chǎn)氫合金領(lǐng)域。該方法是將NaF、AlF3、Al2O3和Ga2O3混合物研磨放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)氣氛下300℃保溫2小時(shí)，除去殘留的水分，以石墨作為陽極，惰性金屬或石墨作為陰極，將溫度升高至880-1000進(jìn)行保溫，通電電解，保持電解槽電壓2.5～5.0，電解5～10小時(shí)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鎵合金，將鋁鎵合金放入密封的充滿氬氣的球磨罐中進(jìn)行球磨，得到鋁合金粉。本發(fā)明采用熔鹽電解法直接制備產(chǎn)氫鋁合金，將省去熔煉過程，極大降低了產(chǎn)氫鋁鎵合金的制備成本。本發(fā)明所制備的鋁鎵合金可以在40℃與水反應(yīng)持續(xù)產(chǎn)生氫氣。
【IPC分類】C25C3/36
【公開號(hào)】CN105112945
【申請?zhí)枴緾N201510598357
【發(fā)明人】儲(chǔ)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】2015年12月2日
【申請日】2015年9月18日