[发明专利]制备氢化镁粉末的一体化装置及制备氢化镁粉末的方法

说明书

本发明提供了一种制备氢化镁粉末的一体化装置及制备氢化镁粉末的方法。本发明的装置包括加热室，用于加热镁基金属材料，以产生金属液滴；制粉室，制粉室包括雾化装置，雾化装置用于将金属液滴雾化，进而冷却形成金属粉末；收集室，用于收集并筛选金属粉末；以及反应室，用于将金属粉末实施氢化反应，以形成氢化镁粉末。本发明的装置为集成式一体化结构，且结构简单，操作方便；制备氢化镁粉末的整个过程可在一个装置中完成，并可实现自动化控制。本发明的方法简单易行，得到的产物尺寸适中，颗粒均匀，且性能优良。

技术领域

本发明属于氢化镁制备领域，特别涉及一种制备氢化镁粉末的一体化装置以及制备氢化镁粉末的方法。

背景技术

面临化石能源枯竭的现状以及环境污染的巨大难题，合理利用氢能为人类提供了新的解决办法。氢能高效、无污染且可再生，被认为是最有发展潜质的新能源。但寻找到安全高效的储氢材料及技术是目前应用的主要瓶颈。

固态储氢材料具有能量密度大且安全性高等优势。其中，镁基金属材料具有高的储氢密度、吸放氢可逆性好、资源丰富、环境友好等优点，是有良好应用前景的一类储氢、储热和储能材料。

氢化镁(MgH₂)由于其较高的储氢容量(7.6wt％)，引起了人们的广泛关注。氢化镁为单一轻金属氢化物，常温常压下稳定性较高，常用的制备方法包括使用烷基镁热分解制得氢化镁，镁粉常压下催化以及镁粉加热加压制得氢化镁等。但是，现有技术中制备的氢化镁大都尺寸较大，颗粒不均匀，且价格昂贵，因此目前尚未有商业化的试剂供应，严重制约了氢化镁基高容量储氢材料的发展。

另一方面，现有技术中，通过将镁粉氢化来制备氢化镁的方法一般包括制粉、收集、氢化的过程，基于此方法的制备装置通常不是单一的设备，而是需要在不同的设备中完成。由于金属镁粉以及氢化镁粉末在有氧有水的环境中非常活泼，因此上述过程通常需要在低水低氧的惰性气氛下完成，例如手套箱中。但是在手套箱中完成不同设备的操作，设备之间物料的转移以及反应条件的控制是十分不便的。因此，提供一种集成式的氢化镁粉末制备装置，即将氢化镁的制备过程集成到一个设备中完成显得尤为重要。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种集成式的制备氢化镁粉末的装置以及制备氢化镁粉末的方法，尤其是使用该装置制备氢化镁粉末的方法。本发明的制备氢化镁粉末的装置结构简单，操作方便；制备氢化镁粉末的方法简单易行，产物尺寸适中，颗粒均匀，且性能优良。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种制备氢化镁粉末的一体化装置，包括加热室、制粉室以及反应室。优选地，在制粉室和反应室之间还包括收集室。

加热室用于加热镁基金属材料，以产生镁基金属材料的金属液滴。

进一步地，加热室包括舱盖，舱盖打开时，加热室与外界联通，可由外界向加热室中投料；舱盖关闭时，加热室与外界不联通，是密封的。优选地，舱盖设置于加热室的顶部。

进一步地，加热室连接有真空泵，用于为加热室抽真空。优选地，加热室抽真空至10^-4-10^-3Pa。

进一步地，加热室还连接有惰性气体管路，用于为加热室充入惰性气体。惰性气体一方面能够保护镁基金属材料，另一方面能够提供加热室中的压力，压力过小时可充入适量的惰性气体，压力过大时可用真空泵抽走适量的惰性气体。优选地，惰性气体选自氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种的组合。更优选地，惰性气体为氩气。优选地，加热过程中加热室的压力为0.5-1.5个大气压。

进一步地，加热室还包括第一容器，用于装盛镁基金属材料。镁基金属材料选自纯镁、镁-镍合金、镁-铝合金、镁-稀土合金中的一种或多种的组合，其中合金的镁含量在60-99.9wt％之间，其他元素含量在0.1-40wt％之间。第一容器由耐热且高温下不与镁基金属材料反应的材料制成，例如氮化硼、石墨、氧化镁或不锈钢。优选地，第一容器为坩埚。