通过遭受剧烈机械变形的金属或金属氢化物的化学反应来制备气态氢的方法

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通过遭受剧烈机械变形的金属或金属氢化物的化学反应来制备气态氢的方法

时间:2019-11-26本站浏览次数:499

       

通过遭受剧烈机械变形的金属或金属氢化物的化学反应来制备气态氢的方法

公开了一种通过使金属或金属氢化物进行化学反应来制备气态氢的改进方法。该方法中,进行化学反应的金属或金属氢化物为纳米晶体。事实上,已发现当代替使用传统的金属氢化物(Mg基的或其它的)、而使用遭受或已经遭受过剧烈机械变形的金属或金属氢化物如亚稳态的纳米晶体金属氢化物时,化学反应尤其是水解反应将更容易进行、速率更高,并且绝大部分情况下趋于反应完全。

在题目为“浸析纳米晶体材料的制备方法及其在能量领域的应用”(Leached nanocrystalline materials process for the manufacture of thesame and use thereofin the energetic field)的US-A-5872074中公开了一种进一步将纳米晶体材料的比表面积提高到100m2/g的方法。所有这些纳米孔的纳米晶体金属氢化物可与水以极其高的速度进行反应。

a)b)尽管纯Mg能与水根据下面的反应生成氢:但是用MgH2作为反应物更有利,因为如果产生的氢用于燃料电池中,下面电化学反应:产物的量将足以“供给”上面的反应a)。因此,不需要额外添加水。

发明详述如上所述,根据本发明的方法与现有技术的区别在于,其使用遭受或已经遭受过剧烈机械变形的金属或金属氢化物作为原料。已经遭受过剧烈机械变形的金属氢化物的例子有用机械合成法如高能量球磨制备的纳米晶体金属氢化物,见下列专利的实施例:US-A-5964965“纳米晶体Mg基材料并使用其来运输和贮存氢”(Nanocrystalline Mg-based materials and use thereof for thetransportation and storage of hydrogen);US-A-5763363“纳米晶体Ni基合金并使用其来运输和贮存氢”(Nanocrystalline Ni-based alloys and use thereof for the transportationand storage of hydrogen);US-A-5906792“贮存氢的纳米晶体复合材料”(Nanocrystallinecomposite for the hydrogen storage);和CA-A-2217095“通过机械研磨Mg基氢化物制备的具有活化界面的纳米复合材料”(Nanocomposite with activated interfaces prepared bymechanical grinding of Mg-based hydrides)。

因此,本发明提供了一种通过使金属或金属氢化物进行化学反应来制备气态氢的改进方法,其中进行化学反应的金属或金属氢化物为纳米晶体。

图3表示了根据本发明的进行金属氢化物的机械活化化学反应的装置1的例子。该装置1包括化学反应器3,水和/或其它化学反应物与将要与之反应的粉末状或与有机化合物(如矿物油)形成浆料形态的金属氢化物一起注入其中。反应器1中有使金属氢化物在与水和/或其它化学反应物进行反应的同时遭受高能量机械变形的设备。这些设备包括与高速旋转的螺旋桨一起搅拌的钢球5。化学氢化物的典型的机械能约为0.1-5kW/kg或0.01-0.5kW/升,优选为1-5kW/kg或0.1-0.5kW/升。

根据本发明,化学反应优选为水解反应,尽管也能使用与其它化合物如HCl的反应。

本发明也涉及一种制备气态氢的装置,其特别用于实施上述方法。

制备纳米化学氢化物的一个有潜力的方法是将氢化物的各组分在合适的温度和压力条件下于氢气氛中进行足够长时间的反应研磨,以制备氢化物。




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