[发明专利]一种高效制备氢气和纳米银的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到制氢和纳米材料制备技术领域，具体涉及一种高效制备氢气和纳米银的新方法。

背景技术

随着石油、煤炭、天然气等不可再生能源的日渐枯竭，新能源的开发成为目前的热点，其中氢储藏丰富、燃烧热量高、无污染被认为将成为石油时代末期的主要能源来源。而氢能的利用关键在于有效的氢气制取。目前，工业上普遍采用电解制氢或采用石油、煤炭、天然气等化学原料来化学制氢，它们都具有能源消耗大、污染严重等缺点。因此，新型的制氢方法亟需解决。目前，新型制氢方法主要包括：光催化分解水制氢、生物质转换制氢和光电化学池制氢等。这些技术尚不成熟，产氢量低，产氢速度慢。此外，人们还利用Mg基金属材料或Mg基氢化物水解制氢的新方法，然而，Mg或MgH₂水解时很快被Mg(OH)₂产物所包裹而导致制氢不完全或产率十分缓慢[L. Z. Ouyang, Y. J. Wen, Y. J. Xu, X. S. Yang, L. X. Sun, M. Zhu, International Journal of Hydrogen Energy, 35(2010), 8161.]。最近报道了在Mg中添加稀土形成合金后高氢压作用下（大约50 atm(大气压)的氢气氛）氢化，氢化产物然后水解制氢的技术[L. Z. Ouyang, J. M. Huang, H. Wang, Y. J. Wen, Q. A. Zhang, D. L.. Sun, M. Zhu, International Journal of Hydrogen Energy, 38(2013), 2973.]。虽然该方法提高了制氢的速度，但合金的氢化条件十分苛刻，水解制氢时稀土元素不能有效分离及回收利用，造成污染及巨大浪费。

纳米Ag是指粒径在1~100 nm的金属Ag单质，是一种新兴的功能材料。其具有独特的热、光、电、磁、催化和敏感等特性，具有十分广阔的应用前景。其制备方法主要有化学还原法、光化学还原法、模板法、溶胶-凝胶法、激光烧蚀法等。此前人们制备了一种Mg₅₄Ag₁₇的化合物，将1克该物质1200 rpm（转/分钟）高能球磨2 h后水解48 h（小时）制备了少量的纳米Ag颗粒[H. B. Wang, Y. Y. Lou, D. O. Northwood, Journal of Materials Processing Technology, 204(2008), 327.]。虽然在制备纳米Ag时伴随有氢气放出，但材料的水解速度十分缓慢（48 h）。因此，其不能作为一种有效的制氢手段；此外纳米Ag的产率也十分低下，长时间反应将带来纳米颗粒的团聚和后续分离的困难。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种工艺简单、产率高、无污染的高效制备氢气和纳米Ag的方法。

为了解决以上技术问题，本发明制备方法具体步骤如下：

（1）熔炼Mg－Ag合金：该合金成分范围为：Mg的原子百分数为80~90%，其余为Ag，按上述合金成分称取Mg块和Ag片原料，原料的纯度均不低于99.0%，然后采用感应熔炼炉熔炼Mg－Ag合金；

（2）球磨制备合金粉末：将步骤（1）得到的Mg－Ag合金除去表面氧化皮后置于手套箱中研磨，之后置于充入5atm氢气的球磨罐中球磨得到由纳米晶的MgH₂和MgAg及纳米态或无序非晶态的未氢化分解的原始组成相构成的合金粉末； 

（3）水解制备氢气：将步骤（2）得到的球磨粉末放入三口玻璃反应器中，该反应器置于磁力搅拌器上，然后将溶有与球磨粉末相同重量K30 PVP的MgCl₂水溶液加入反应器中并磁力搅拌，迅速放出的氢气通过反应器上的一个开口被收集；

（4）制备纳米银：步骤（3）完成后，在反应器中加入HCl水溶液，静置，倒出上层溶液后于离心机中进一步液固分离，得到的固体物质经丙酮清洗后在干燥箱中干燥最终得到高纯纳米Ag粉末。

本发明的科学原理是：