[發(fā)明專利]一種利用鎂稀土廢渣制備儲氫材料的方法

有效

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• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN104004933A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 彭秋明;吳文詩;郭建新;李慧
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C23/06
• 代理公司: 石家莊一誠知識產(chǎn)權事務所 13116
• 代理人: 續(xù)京沙

技術領域

本發(fā)明涉及一種儲氫材料的制備方法。

背景技術

隨著化石燃料的減少和環(huán)境污染的日益嚴重，人們迫切需要找到一種新型的、沒有環(huán)境污染的能源。氫能具有干凈、能量高、不會產(chǎn)生二次污染等很多優(yōu)點，因此氫能源的開發(fā)引起了人們極大的興趣。氫能系統(tǒng)包括氫源開發(fā)、制氫技術、儲氫技術、氫的利用技術等。在整個氫能系統(tǒng)中，儲氫是最關鍵的環(huán)節(jié)。因此，各國大力開發(fā)儲氫技術，目前研究最多的，較為成熟的是金屬氫化物儲氫技術。金屬氫化物儲氫材料有三個重要的系列:稀土系合金、鎂系合金、鈦系合金。在制備儲氫材料時，鎂稀土合金在壓鑄的生產(chǎn)和加工過程中，僅有30％～50％的給料用于成型，出于成本和環(huán)境因素的考慮，必須對剩下的鎂稀土合金廢渣進行回收。然而由于鎂具有活潑的化學性質(zhì)，與空氣中氧氣和水汽容易發(fā)生反應，因此鎂稀土合金的廢渣中一般都含有一定的氧化物。鎂稀土合金熔煉時通常采用鑄鐵或鍋爐鋼承裝，因此會引入鐵、鎳、銅等雜質(zhì)，在鎂稀土廢渣可以再次使用之前，去除氧化物和其他雜質(zhì)成為了首要問題。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝設備簡單、能合理有效地利用鎂稀土廢渣制備儲氫材料的方法。

本發(fā)明的制備方法如下：

(1)將熔煉過程中產(chǎn)生的鎂合金廢渣機械破碎，用200目篩選后，再用純鎂粉和稀土粉調(diào)節(jié)合金組成，使得鎂元素的含量為83～85％，稀土元素的含量為7～10％。然后加入200目的海綿鈦，使得海綿鈦的含量占合金總質(zhì)量的1～2％。

(2)將步驟(1)調(diào)節(jié)后的合金粉末裝入球磨罐，再按20:1～25:1的球料比加入直徑為6mm的不銹鋼磨球，然后設定球磨機參數(shù)，轉(zhuǎn)速為300～350r/min，運轉(zhuǎn)周期為40～45min，運轉(zhuǎn)30～35min后停轉(zhuǎn)5～10min，球磨20～25h后得到100nm以下的儲氫材料。

上述所制備的儲氫材料的化學成分為xMg-yRE-zTi-M-O，其中RE為稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm和Er中的一種或多種，多種稀土元素共存時，元素含量為任意比，M為Fe、Ni、Cu中的一種或多種，多種元素共存時，元素含量為任意比。x，y，z為質(zhì)量百分比，83％≤x≤85％，7％≤y≤10％，1％≤z≤2％。

對于鎂稀土廢渣中的鐵、鎳、銅等雜質(zhì)很難用一般的精煉方法去除，但是鎂稀土廢渣作為儲氫材料的原材料來使用，并不需要去除氧化物和雜質(zhì)。在鎂稀土廢渣中，含量多的鎂和稀土元素屬于容易形成氫化物的放熱型金屬，可以控制儲氫合金的儲氫量，而含量微小的雜質(zhì)元素(鐵、鎳、銅)屬于難于形成氫化物的吸熱型金屬，可以控制儲氫合金吸放氫的可逆性，起調(diào)節(jié)生成熱與金屬氫化物分解壓力的作用。通過二次添加調(diào)節(jié)合金成分，用機械合金化的方法制備出一種吸放氫溫度適中，儲氫量大的納米級鎂稀土多元儲氫材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：

1、鎂稀土廢渣進行有效的利用，回收過程所需要的能耗僅僅為原鎂生產(chǎn)的1％。添加的海綿鈦具有催化作用，可以降低吸放氫動力學，實現(xiàn)快速吸放氫。

2、工藝設備簡單，采用球磨法，使得廢渣表面的氧化膜得到破碎，金屬顆粒不斷細化，直至達到納米級別，產(chǎn)生大量的新鮮表面及晶格缺陷，從而有效的降低活化能。

3、所制得的多元納米儲氫材料具有儲氫量大、循環(huán)性能好、放氫溫度低，吸放氫動力學性能好的優(yōu)點。

4、保護環(huán)境，價格低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1制得的83Mg-10.3La-1.8Ti-2.4Ni-2.5O的儲氫合金在100℃、1Mpa條件下的PCT曲線圖。

圖2是本發(fā)明實施例2制得的85Mg-4.7Ce-2.3La-1Ti-3.8Fe-0.9Cu-2.3O的儲氫合金在100℃、1Mpa條件下20min內(nèi)的吸氫動力學曲線圖。

圖3是本發(fā)明實施例3制得的85Mg-1.4La-2.6Gd-6Ce-2Ti-1.7Ni-3O的儲氫合金在100℃、1Mpa條件下20min內(nèi)的放氫動力學曲線圖。

具體實施方式：

實施例1