[发明专利]用纯铝粉体与水反应产生氢气的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用纯铝粉体与水反应产生氢气的工艺方法，它为一种新的简单便携式产氢的方法，可直接为燃料电池汽车及其它中小型运输工具或器件所携带的燃料电池提供氢源。本发明属化学化工技术领域。

背景技术

随着全球气候变暖、环境的日益恶化，人们对清洁能源技术的研究和开发越来越重视。燃料电池是清洁能源技术的核心，因为燃料电池直接将化学能转变为电能因而具有高的效率和低的污染。氢是燃料电池的理想燃料，因为氢的氧化产物为水对环境是良性的，且氢具有重量轻、能量密度高的特点。由于石油等化石能源的日益枯竭见底，氢燃料电池汽车被认为是将来人们理想的交通工具。

影响燃料电池汽车产业化发展的重要障碍是氢的运输和储存。因为液化氢需要-252℃的低温，在常温下将氢气压缩到能够满足商业化要求的氢的重量比需要约700个左右的大气压。对商业运行而言，这些技术在成本上都没有竞争力。所以，人们将注意力投向储氢材料。美国能源部对储氢材料商业化的目标是，在0～100℃和1～10个大气压的条件下氢在储氢材料中的重量比为6.5wt％。虽然各国科学家都在寻找好的储氢材料，包括金属氢化物、有机无机材料和纳米材料等，但目前储氢材料的发展还比较缓慢没有突破，没有能够满足美国能源部要求的材料。在以上使用条件下，目前储氢材料的储氢水平在～1wt％左右，远远没有达到目标要求。

为解决燃料电池氢源的问题，最近人们将注意力转向产氢材料。产氢材料的一个特点为它们能够与水直接反应产氢，从而省去了复杂的附加装置。目前作为研究对象的主要有金属氢化物，如LiH、NaH、MgH₂、NaAlH₄、LiBH₄、NaBH₄和KBH₄等。考虑到金属氢化物的稳定性、价格以及其它各种因素，目前易于商业化的只有NaBH₄。因此，作为便携式应用的产氢材料，NaBH₄研究得最多。使用NaBH₄作为产氢材料存在的问题是必须使用NaOH作溶液稳定剂因而存在强碱污染问题。同时，使用NaBH₄作为产氢材料必须使用催化装置和催化剂产氢，这将大大增加系统的体积和成本，事实上催化装置和催化剂的成本与燃料电池相当。目前的另一个问题是NaBH₄价格昂贵，约为US$55/kg，影响使用的成本。

产氢材料的另一类为金属。虽然金属Li、Na和K能直接与水反应并产生氢气，但这些碱金属价格昂贵同时反应的产物为强碱对环境产生污染，因此无商业应用价值。但其它金属如Fe和Al等价格便宜且在地球上含量丰富，因而作为产氢材料对人们有吸引力。特别是金属Al不仅原子质量轻，而且电子密度高，与水反应产生的氢量高。但在常温常压下，金属Fe和Al与水的反应均非常缓慢有限。特别是金属Al，当暴露于氧化环境时其表面会形成一钝化的致密氧化物保护膜，因此，金属Al与水的直接反应是困难的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的简便、价廉的制氢工艺方法，在一定条件下达到Al与水能直接完全反应并产生氢气的目标。

本发明为一种用纯铝粉体与水反应产生氢气的工艺方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a.将一定量的粒径为几微米至几十微米的精细铝粉体放入装有一定量水的封闭容器中(铝和水的重量比为1∶2～2.5)，将容器中的铝粉与水混合，加热至40℃，然后抽真空至低真空状态，其真空绝对气压为≤3KPa即≤0.03个大气压，在上述条件下使铝粉体与水连续反应并产生氢气；其反应方程式为：

以上反应能产生3.7mass％的氢气(产生的氢气的重量与铝和水的总重量比)。反应的副产物Al(OH)₃为化学中性对环境无污染，且Al(OH)₃可通过熔融电解技术还原成金属Al作循环使用。

本发明方法的优点如下：

(1)本发明无需特殊和苛刻的条件，只需一定的低真空和温和的温度条件即可制得氢气。

(2)具有较高的产氢量，产氢量可高达3.7mass％的氢。

(3)不需要任何酸碱和催化剂就能制得氢气，且反应副产物为化学中性，无环境污染；且可还原回金属Al作循环使用。

(4)金属铝价格相对便宜，铝来源丰富容易获得；用Al粉体产生1kg氢的成本约为NaBH₄的六分之一。