[發(fā)明專利]一種提高鈀包覆鋯基吸氫材料抗毒化循環(huán)穩(wěn)定性的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811475669.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109848427A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武媛方;郭秀梅;李志念;葉建華;王樹(shù)茂;蔣利軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 有研工程技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): B22F9/02
• 分類號(hào): B22F9/02;B22F1/02;C23C18/16;C23C18/44
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發(fā)明公開(kāi)了一種提高鈀包覆鋯基金屬吸氫材料抗毒化循環(huán)穩(wěn)定性的方法。具體步驟為：首先對(duì)鋯基合金吸氫材料進(jìn)行循環(huán)吸放氫數(shù)次獲得細(xì)小均勻表面粗糙的金屬顆粒，采用化學(xué)鍍的方法在金屬顆粒表面包覆一層Pd膜，然后對(duì)包覆后的金屬顆粒進(jìn)行一定時(shí)間的熱處理，使鈀膜與合金基體中的鋯發(fā)生部分互溶，從而增強(qiáng)膜層結(jié)合力。通過(guò)該方法制備的抗毒化金屬吸氫材料，在含有CO、O₂、N₂等雜質(zhì)氣體的氫氣中依然能夠快速吸放氫，并且在循環(huán)過(guò)程中合金顆粒進(jìn)一步粉化程度較小，鈀膜不易脫落，保證了材料在含雜質(zhì)氣體的氫同位素氣體中吸放氫性能的穩(wěn)定性，即材料具有較長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫同位素回收、儲(chǔ)存材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高鈀包覆鋯基吸氫材料抗毒化循環(huán)穩(wěn)定性的方法，具體涉及一種在含有雜質(zhì)氣體的氫同位素氣體中具有長(zhǎng)循環(huán)使用壽命的鈀包覆鋯基金屬吸氫材料的制備方法。

背景技術(shù)

氫及其同位素在能源尤其是核能領(lǐng)域中有著重要作用，金屬吸氫材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫及其同位素的可控吸收和釋放，滿足氫的安全儲(chǔ)存和輸運(yùn)需求。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，氫同位素氣體中往往含有部分雜質(zhì)氣體，如CO、CO₂、CH₄、O₂、N₂等。這些雜質(zhì)氣體往往更容易與吸氫材料發(fā)生反應(yīng)，在材料表面形成致密的金屬碳化物、氮化物、氧化物的膜層，從而阻擋氫氣向合金內(nèi)部擴(kuò)散而使吸氫材料吸氫能力明顯降低，甚至完全喪失，即材料發(fā)生雜質(zhì)氣體中毒。因此，亟需對(duì)吸氫材料的抗雜質(zhì)氣體毒化性能進(jìn)行改善，以期滿足吸氫材料在含雜質(zhì)氫同位素氣體中的高效吸氫。

目前，元素?fù)诫s、表面改性和氧化還原等方法被用來(lái)提高金屬吸氫材料抗毒化性能。其中最為有效的手段是表面鍍膜改性，如在吸氫材料表面包覆對(duì)氫氣具有選擇性透過(guò)能力的金屬或合金膜等。金屬Pd膜具有優(yōu)良的選擇透過(guò)性，對(duì)于氫同位素氣體中的大多數(shù)雜質(zhì)氣體O₂、CO、CO₂、CH₄等均有較好的抗中毒能力，且具有較高的氫氣透過(guò)率，是目前較為常用的方法。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于吸氫材料在循環(huán)吸放氫過(guò)程中易發(fā)生粉化，同時(shí)采用化學(xué)鍍包覆的鈀膜膜層結(jié)合力相對(duì)較差，從而在使用過(guò)程中容易發(fā)生膜層開(kāi)裂和脫落，進(jìn)而引起合金中毒。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的弊端，本發(fā)明的目的在于提出一種提高鈀包覆鋯基吸氫材料抗毒化循環(huán)穩(wěn)定性的方法。采用該方法制備的鈀包覆鋯基金屬吸氫材料在含雜質(zhì)氣體的氫同位素氣體中具有較長(zhǎng)循環(huán)使用壽命，可避免在使用過(guò)程中發(fā)生膜層開(kāi)裂和脫落，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在含CO、CO₂、CH₄、O₂、N₂等雜質(zhì)氣體的氫同位素氣體中多次循環(huán)使用而吸氫容量和吸氫動(dòng)力學(xué)無(wú)顯著衰減。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種提高鈀包覆鋯基金屬吸氫材料抗毒化循環(huán)穩(wěn)定性的方法，包括以下步驟：

1)制備鋯基合金：采用真空高頻感應(yīng)熔煉，翻身熔煉3遍，并通過(guò)原位熱處理5min制備出合金鑄錠，機(jī)械破碎成塊狀；

2)鈀包覆用合金粉制備：在一定的溫度和氫氣壓力條件下，使金屬吸氫材料吸放氫循環(huán)數(shù)次粉化，獲得表面微觀形貌呈粗糙不規(guī)則狀態(tài)的合金粉以備用；

3)化學(xué)鍍：取適量吸放氫循環(huán)后的合金粉，倒入反應(yīng)釜內(nèi)，依次進(jìn)行氟化和化學(xué)鍍鈀處理；

4)熱處理：將包覆Pd膜的合金粉封裝在石英管中，并充氬氣保護(hù)，將石英管放入熱處理爐中，以10℃/min的速率升溫至500℃，保溫8h后隨爐冷卻至室溫備用，使鈀膜與合金基體中的鋯發(fā)生部分互溶，增強(qiáng)膜層結(jié)合力，得到鈀包覆鋯基金屬吸氫材料。

抗毒化性能測(cè)試：將熱處理后的樣品在25℃、0.6MPa吸氫，400℃抽真空脫氫1h的測(cè)試條件下進(jìn)行30次循環(huán)操作，記錄數(shù)據(jù)。