一種將氫化鋰活化制氫的方法
2023-06-22 20:00:56
專利名稱：一種將氫化鋰活化制氫的方法
技術領域：
本發明屬於化學物質製備技術領域，具體涉及一種利用活化劑將氫 化鋰活化，以製備高純度氫氣的方法。
背景技術：
傳統能源中煤炭、石油、天然氣具有不可再生性，並且在利用過程 中會造成環境汙染以及溫室效應等問題，使人們面臨能源與環境的雙重 挑戰，因此開發新的和可再生能源成為關係國計民生的重要研究領域。
氫能是一種環境友好、儲量豐富又可再生的理想能源，已經受到人 們的普遍重視，美國、日本、歐盟和韓國等均將開發氫能，建立氫經濟 社會列入了國家長期能源戰略。建立氫經濟社會，涉及氫的製備、貯運、 氫能的高效利用技術以及過渡到氫經濟社會以後的影響等問題。傳統工 業制氫方法雖然存在能耗高和環境汙染等方面的缺陷，但總地說來，技 術上已經趨於成熟，成本也比較低。相比之下，貯氫技術目前還沒有達 到理想程度。例如，為實現燃油汽車向燃氫汽車的過渡，美國能源部訂
立的近期貯氫材料技術指標為必須達到6.5wt.Q^，傳統的壓縮氫氣貯氫 和液氫存貯技術均難以實現上述指標，因此，對貯氫材料的研究成為熱 點。
氫化鋰(LiH)作為一種候選的金屬氫化物貯氫材料，具有貯氫量 大(12.59wt.%)，容易合成等優點，但是其熱穩定性非常高，分解溫度 達到85(TC，因而不能作為貯氫材料來使用。解決這個問題的一個思路 是利用活化劑將氫化鋰活化，使其在較低的溫度分解，釋放出氫氣，從 而作為貯氫材料使用。本發明正是基於該原理來實現。
發明內容
本發明的目的是提供一種將氫化鋰活化制氫的方法，該方法可以使氫化鋰在較低的溫度下分解釋放出氫氣。
為達到上述目的，本發明一種將氫化鋰活化制氫的方法，該方法包 括以下步驟
(1) 物料混合將低熔點金屬或合金同氫化鋰混合均勻，所述氫化 鋰含量為10-95wt.%;
(2) 加熱放氫將步驟(1)中的混合物加熱至70-70(TC;反應氣氛
為氮氣、氫氣、氬氣、氮-氫混合氣或氬-氫混合氣，或者為真空。
在本發明一種將氫化鋰活化制氫的方法中，步驟(1)涉及原料的 預處理。該步驟所用的原料中，低熔點金屬可以是鉍、錫、鉛、銦、 鎘、鋅、鎂、鈉、鉀、鋁、鎂、銻等中的一種或多種混合物，優選金
屬鉍和金屬錫；合金的選取原則為熔點不超過35(TC，優選伍德合金。 物料在處理前應除水，然後粉碎，粉碎粒度在lnm至5mm之間，優選 O.l-lmm;金屬也可以不經粉碎，而直接使用大塊固體。步驟(1)中 所用氫化鋰可以是粉末狀，也可以是塊狀物，該氫化鋰可以同其他含 氫化合物混合使用，含氫化合物包括鋁基、鎂基、硼基或氮基化合物， 優選氫化鎂；步驟(l)中可以加入添加劑也可以不用添加劑，添加劑 選用矽、鈉、鈣、鋁的氧化物或氟化物的一種或多種，優選二氧化矽； 步驟(1)中可以使用催化劑，催化劑可以選用鈦、鐵、鎳、鈷或稀土 元素的單質或化合物，優選鈦、鎳、鈷的滷化物，也可以不選用催化 劑，優選不使用催化劑。金屬或合金與氫化鋰的配比為氫化鋰所佔物 料總重量的10-95wt.°/。，優選40-80wt.。/。
在本發明的利用低熔點金屬與氫化鋰作用製備氫氣的方法中，步 驟(2)涉及金屬與氫化鋰反應而釋放氫氣的過程。反應過程的能量來 源於外部熱源或微波輻射。相關的反應方程式為
儘管不希望受任何理論的束縛，但發明人認為氫化鋰分子可以看 作由親金屬的鋰和厭金屬的氫組成。本發明方法中由於使用了低熔點 金屬或合金，在加熱到金屬或合金的熔點以上時，金屬融化，氫化鋰 中的鋰由於親金嵐性而嵌入熔融的金屬中去，氫則匯聚於熔融金屬表面。由於鋰在熔融金屬中存在濃度梯度，所以會進一步向濃度低的金
屬內部擴散，引起Li-H鍵的斷裂，放出氫氣，形成鋰合金。鋰合金以 粉末形式存在，並不斷在金屬表面脫落，露出新的金屬表面。這一過 程不斷重複，氫氣就會不斷放出。
由本發明方法製備氫氣，可以使不活潑的氫化鋰在較低溫度下分 解釋放出氫氣，從而可以作為貯氫材料來使用，且產氫速度快，易於 實現大規模貯氫。
圖1是本發明實施例1中原料混合物的熱重曲線圖 圖2是本發明實施例1中釋氫前混合物的XRD譜圖 圖3是本發明實施例1中釋氫後的混合物的XRD譜圖 圖4是本發明實施例4中原料混合物的熱重曲線圖
具體實施例方式
下面將通過參考實施例對本發明進行更詳細的描述，但本發明的保護 範圍並不受限於這些實施例。 實施例1
將氫化鋰和金屬鉍按照85: 15重量比混合均勻，抽真空，以10°C/ 分鐘的速率加熱至38(TC以上，氫化鋰分解，放出氫氣。 實施例2
將氫化鋰和金屬錫按照70: 30重量比混合均勻，冷凍粉碎至粒度 大於200目，在氮氣保護下以10。C/分鐘的速率加熱至35(TC以上，氫 化鋰分解放出氫氣。
實施例3
將氫化鋰和伍德合金按照75: 25重量比混合均勻，在氮氣保護下 以30MPa壓力將混合物壓成塊狀。在氮氣氣氛下以1(TC/分鐘的速率加 熱至35(TC以上，氫化鋰分解，放出氫氣。
實施例4
將氫化鋰和金屬鉍按照85: 15重量比混合均勻，在氮氣保護下以射20秒，氫化鋰分解，放出氫氣。
實施例5
將氫化鋰和金屬鉍按照85: 15重量比混合均勻，加入5wt.Q/。的二 氧化矽作為添加劑，在氮氣保護下以30MPa壓力將混合物壓成塊狀。 以1(TC/min速度加熱至350。C以上，氫化鋰即分解，放出氫氣。
實施例6
將氫化鋰、氫化鎂以及金屬鉍按照40: 40: 20重量比混合均勻， 加入5wt.。/。的三氟化鈦作為催化劑，在氮氣保護下以30MPa壓力將混 合物壓成塊狀。以1(TC/min速度加熱至380。C以上，即有氫氣放出。
權利要求
1. 一種將氫化鋰活化制氫的方法，該方法包括以下步驟(1)物料混合將低熔點金屬或合金同氫化鋰混合均勻，所述氫化鋰含量為10-95wt.％；(2)加熱放氫將步驟(1)中的混合物加熱至70-700℃；反應氣氛為氮氣、氫氣、氬氣、氮-氫混合氣或氬-氫混合氣，或者為真空；其中步驟(1)中所述低熔點金屬為鉍、錫、鉛、銦、鎘、鋅、鎂、鈉、鉀、鋁、鎂、銻等中的一種或多種的混合物，所述合金熔點為350℃或小於350℃。
2. 如權利要求1所述的一種將氫化鋰活化制氫的方法，其特徵在於 步驟(1)中所述氫化鋰中加入其它含氫化合物，所述含氫化合物為氫化鎂。
3. 如權利要求1所述的一種將氫化鋰活化制氫的方法，其特徵在於 步驟(1)中加入添加劑，所述添加劑為二氧化矽。
4. 如權利要求1所述的一種將氫化鋰活化制氫的方法，其特徵在於: 步驟(1)中加入催化劑，所述催化劑為鈦、鎳、鈷的滷化物的一種或多 種。
5. 如權利要求1所述的一種將氫化鋰活化制氫的方法，其特徵在於:步驟(1)中所述氫化鋰含量為40-80wt.%。
6. 如權利要求1所述的一種將氫化鋰活化制氫的方法，其特徵在於:步驟(1)中物料壓製成塊狀物。
7. 如權利要求1所述的一種將氫化鋰活化制氫的方法，其特徵在於:步驟(1)中物料粉碎至粒度為lnm-5mm。
8. 如權利要求1所述的一種將氫化鋰活化制氫的方法，其特徵在於: 步驟(2)中將混合物加熱至200-50(TC。
9. 如權利要求1所述的一種將氫化鋰活化制氫的方法，其特徵在於: 步驟(2)中煅燒方式為採用外部熱源或採用微波輻射。
全文摘要
本發明涉及一種利用活化劑將氫化鋰活化，以製備高純度氫氣的方法，該方法包括以下步驟(1)物料混合將低熔點金屬或合金同氫化鋰混合均勻，所述氫化鋰含量為10-95wt.％(物料總重量)；(2)加熱放氫將步驟(1)中的混合物加熱至70-700℃；反應氣氛為氮氣、氫氣、氬氣、氮-氫混合氣或氬-氫混合氣，或者為真空；其中步驟(1)中所述低熔點金屬為鉍、錫、鉛、銦、鎘、鋅、鎂、鈉、鉀、鋁、鎂、銻等中的一種或多種的混合物，所述合金熔點為350℃或小於350℃。由本發明方法製備氫氣，可以使不活潑的氫化鋰在較低溫度下分解釋放出氫氣，從而可以作為貯氫材料來使用，且產氫速度快，易於實現大規模貯氫。
文檔編號C01B3/02GK101423189SQ20081020286
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月18日 優先權日2008年11月18日
發明者吳宇平, 孫大林, 張漢平 申請人:復旦大學