[发明专利]一种抗毒化金属吸氢材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种抗毒化金属吸氢材料的制备方法。该方法为：对金属吸氢材料进行部分氢化后机械制粉成金属颗粒，采用化学镀的方法在金属颗粒表面依次包覆Pd膜和Cu膜形成Pd‑Cu复合膜，然后对包覆后的金属颗粒进行热处理，使Pd‑Cu复合膜合金化。通过该方法制备的抗毒化金属吸氢材料，在吸放氢过程中其表面的Pd‑Cu合金膜不易破裂脱落，保证了材料在含杂质气体的氢同位素气体中吸放氢性能的稳定性，即材料具有较高的循环使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种抗毒化金属吸氢材料的制备方法，具体涉及一种在含杂质气体的氢同位素气体中具有高循环使用寿命的金属吸氢材料的制备方法，属于氢同位素回收、储运材料技术领域。

背景技术

氢及其同位素是重要的能源物质，在社会生产及国防应用中，氢及其同位素都占有重要地位，吸氢材料可以实现对氢及其同位素的可控吸收和释放，满足各类氢应用领域对氢的安全储存和输运需求。但是在氢及其同位素的实际应用过程中，氢气中往往含有部分杂质气体，如CO、CO₂、CH₄、O₂、N₂等。这些杂质气体往往更容易与吸氢材料发生反应，在材料表面形成致密的金属碳化物、氮化物、氧化物的膜层，阻挡氢气向合金内部扩散而使吸氢材料吸氢能力明显降低，甚至完全丧失，即发生中毒。因此，亟需对吸氢材料的抗毒化性能进行改善，以期满足吸氢材料在含杂质的氢气中的高效吸氢应用。

针对金属吸氢材料在吸氢应用中的抗杂质气体毒化性能改善问题，国内外开展了一些相关研究工作。一般采用对金属吸氢材料表面进行抗中毒修饰来提高材料的抗中毒性能。如在吸氢材料表面包覆对氢气具有选择性透过能力的硅胶、金属Pd或Pd-Ag合金等。但是，由于硅胶包覆层过厚，易导致材料有效吸氢率急剧下降。而金属Pd膜在300℃以下吸脱附氢气时，会发生α相与β相之间的相互转变，由于两种相的晶格常数存在差异，β相在α相中的成核与生长会在材料中产生严重的应力，使得Pd膜经历几次氢化/脱氢后发生粉化，进而降低其对氢气的选择渗透能力，从而使得材料的循环使用寿命降低。Pd-Ag合金膜的氢气透过量和机械强度高于纯Pd膜，但Pd-Ag合金膜在高温下使用时，其晶粒会长大，降低膜层的致密性和机械强度，导致其氢选择渗透性的降低，使得吸氢材料在杂质气体中的循环吸放氢性能下降，表现为材料循环使用寿命的降低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种抗毒化金属吸氢材料的制备方法。采用该方法制备的金属吸氢材料在含杂质气体的氢同位素气体中具有高循环使用寿命，可实现在含CO、CO₂、CH₄、O₂、N₂等杂质气体的氢同位素气体中多次吸放氢。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种抗毒化金属吸氢材料的制备方法，对金属吸氢材料进行部分氢化后机械制粉成金属颗粒，采用化学镀的方法在金属颗粒表面依次包覆Pd膜和Cu膜形成Pd-Cu复合膜，然后对包覆后的金属颗粒进行热处理，使Pd-Cu复合膜合金化。

其中，所述部分氢化的方法为：在100～500℃、0.01～5MPa氢气压力条件下，，使金属吸氢材料吸氢，吸氢时间在0.5～6小时之间，然后再采用抽真空方法使金属材料部分脱氢，冷却至室温后，在0.01～5MPa氢气压力下，金属吸氢材料中的氢含量在0.1～200mL/g之间。

其中，所述金属吸氢材料部分氢化后机械制粉后的粒度为20～300目。

其中，所述Pd-Cu复合膜为Pd-Cu、Pd-Cu-Pd或Pd-Cu-Pd-Cu形式的复合膜。

其中，化学镀Pd膜的镀液中，pd²⁺的浓度为0.005～0.02mol/L，镀液温度为45～55℃，镀液中合金颗粒的量为0.5～30kg/L，还原剂的滴加速度为0.6～500mL/min，施镀时间10～30min。