專利名稱：一種鎵鋁合金、制備方法及其在制氫領(lǐng)域的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金，具體涉及一種鎵鋁合金、制備方法及其在制氫領(lǐng)域中 的應(yīng)用。
技術(shù)背景近年來，能源短缺危機使人類對化石燃料的替代品的需要更加迫切。人 們普遍認為氫能夠成為未來替代石油作為汽車主要燃料的候選能源。氫燃燒 時其生成物不污染空氣，同時在地球上以水的形式廣泛存在，氫比現(xiàn)存的各 類燃料的能效比都高。盡管氫燃料存在種種優(yōu)點，但由于氫的生產(chǎn)和運輸成 本居高不下，現(xiàn)在它還不能取代石油等化石燃料在世界能源結(jié)構(gòu)中的支配地 位?，F(xiàn)在普遍采用的制氫方法是電解水。水電解工藝并不復雜，但是耗電量太大。大規(guī)模采用電解水工藝制氫太過昂貴。而加熱的方法需要250(TC以上 的溫度才能分解水分子，也是不實用的。加上儲氫環(huán)節(jié)又把成本拉高很多， 即使能夠達到技術(shù)指標也是不能應(yīng)用的，而且成本過高的制氫方法也不適應(yīng) 未來的氫經(jīng)濟體系，因為氫經(jīng)濟立足于氫的可再生性，因此生產(chǎn)氫的原料必 須是水或其他可再生物質(zhì)。根據(jù)金屬活動性表，越排在前面的金屬越活潑，排在后面的則反之，單 質(zhì)納、鉀能直接與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但由于納、鉀過于活潑，遇到水即發(fā)生 爆炸，不易操作，且納、鉀單質(zhì)的制取與保存都很麻煩，經(jīng)濟性差。相對納、 鉀排在表后的鐵很穩(wěn)定，單質(zhì)鐵也很容易制取，可鐵又過于穩(wěn)定，單質(zhì)鐵與 水生成氫氣的反應(yīng)十分緩慢，所以鐵也不失理想的制氫物。不過可以根據(jù)金 屬活動性表推斷，在納、鉀與鐵之間一定有一種即能與水迅速反應(yīng)生成氫氣 又容易操作安全可靠的金屬。在這里鎂鋁都比較合適。其中鋁在地殼中的含 量為7.7%，是含量最多的金屬，生產(chǎn)成本比鎂低，因而鋁即比鎂更適于制備 氫。鋁的金屬活動性介于納、鉀與鐵之間，鋁的單質(zhì)也易制取，理論上鋁可 以與水發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但在常溫下，當鋁暴露在空氣中時，其表面 會生成一層致密的穩(wěn)定的氧化物薄膜，該氧化物薄膜阻止了鋁進一步被氧化， 但同時也阻止了鋁與水的反應(yīng)，而不能從水中置換出氫氣，使常溫下用鋁和 水反應(yīng)來制備氫氣成為長期以來未能解決的難題，也使在此方面的研究長期 處于一種停滯不前的狀態(tài)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，突破現(xiàn)有技術(shù)理論的禁錮，克服現(xiàn)有技術(shù)上的難關(guān)， 提供一種原料來源豐富、制備簡單、可在常溫下與水快速反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的鎵 鋁合金；本發(fā)明的另一目的在于，提供所述鎵鋁合金的制備方法； 本發(fā)明的目的還在于，提供所述鎵鋁合金在制氫領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。 本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所提供的技術(shù)方案是一種鎵鋁合金，其包括以下重量份組分10 90%的金屬鋁和10 90%的金屬鎵。優(yōu)選的， 一種鎵鋁合金，包括10%的金屬鋁和90%的金屬鎵。 優(yōu)選的， 一種鎵鋁合金，包括20%的金屬鋁和80%的金屬鎵。 優(yōu)選的， 一種鎵鋁合金，包括50%的金屬鋁和50%的金屬鎵。 優(yōu)選的， 一種鎵鋁合金，包括80%的金屬鋁和20%的金屬鎵。 優(yōu)選的， 一種鎵鋁合金，包括90%的金屬鋁和10%的金屬鎵。 一種前述鎵鋁合金的制備方法，其包括以下步驟-(1) 取金屬鋁，放入加工機中加工成粉末狀或顆粒狀，取出備用。(2) 取金屬鎵加熱到IO(TC恒溫備用。(3) 按鋁鎵重量比例為l:9稱取加工后的鋁和加熱后的金屬鎵，放入容器 中混合，在N2保護下，緩慢加熱到800 1100。C，維持5 10min。(4) 將前步熔融液傾倒到一個預先加熱到30(TC的模具里，緩慢冷卻直至室溫，脫模，制備所述鎵鋁合金。一種前述鎵鋁合金在制氫領(lǐng)域中的應(yīng)用，常溫下，使所述鎵鋁合金遇水， 迅速產(chǎn)生無色無味的氫氣，此過程中的化學反應(yīng)方程式為2A1+6H20=2A1(0H)3+3H2T 。本發(fā)明提供的鎵鋁合金，其在干燥的空氣中具有很好的穩(wěn)定性，能和水 快速反應(yīng)產(chǎn)生氫，用這樣的合金分解水，短時內(nèi)即可制備大量的氫氣，而且 對制備設(shè)備溫度要求低，容易操作。其與水在反應(yīng)的過程中不間斷地產(chǎn)生氫 氣，由于氫氣的沖擊作用，使在反應(yīng)中生成的氫氧化鋁不會附著在未參加反 應(yīng)的鎵鋁合金表面，因此反應(yīng)不會被生成的氫氧化鋁沉淀物阻斷，保證了反 應(yīng)的繼續(xù)進行。本發(fā)明所提供的鎵鋁合金產(chǎn)生氫氣的機理為該合金中的鋁通過反應(yīng)分 解水，在此過程中產(chǎn)生高純度的氫氣。合金中的鎵是關(guān)鍵成分，因為常溫下 鋁和氫氧根結(jié)合后在鋁的表面形成一層氫氧化鋁薄膜，而鎵能阻止這個薄膜 的形成，使反應(yīng)繼續(xù)下去，直到所有的鋁都被用來產(chǎn)生氫氣。此過程中產(chǎn)生 的氫氧化鋁可回收出售或循環(huán)處理再生成鋁。鎵鋁合金中的鎵是惰性金屬， 這意味著它也可以被回收和重復使用，因為目前鎵比鋁要貴得多，回收可以. 降低生產(chǎn)氫氣成本。此外，在用鋁土礦生產(chǎn)鋁的同時，鎵一般作為廢棄物被 浪費了，因此低成本的鎵可以作為鋁土礦廢品來購買，反應(yīng)過程可以使用低 純度的鎵，低純度鎵的成本要比用于電子行業(yè)的高純度的鎵低好多倍。另外，改變鎵鋁合金制成工藝可使合金中的金屬成分比例發(fā)生改變(提 高鋁在合金中所占的比重)，也可大大降低成本。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過分別 對金屬鋁與金屬鎵進行先加工和緩慢冷卻熔體合金的方法而制成的顆粒中， 含有80%的鋁和20%的鎵，而未經(jīng)過先加工的金屬和使用快速冷卻的方法制 成的顆粒中鋁和鎵的比例幾近相反。從反應(yīng)原理分析，因為在此反應(yīng)中鋁是 供應(yīng)電子的元素，合金中的金屬鋁所占的比重越大，相同質(zhì)量的合金與水反 應(yīng)產(chǎn)生的氫氣越多。本發(fā)明的有益效果是打破了長期以來人們一直認為的鋁在常溫下與水 反應(yīng)特別慢的技術(shù)偏見，向該鎵鋁合金材料中直接加入水，能迅速反應(yīng)產(chǎn)生 無色無味的氫氣。且所述合金原料來源廣泛，制作工藝簡單，這一技術(shù)進展 將克服氫氣的制造、儲存和運輸?shù)葰錃饫玫闹饕系K，可以應(yīng)用到高爾夫 球車、潛艇、汽車、燃氫發(fā)動機、便攜式發(fā)電機、燃料電池等上，具有廣泛 的商業(yè)應(yīng)用前景。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
具體實施方式
本發(fā)明提供的鎵鋁合金，其由金屬單質(zhì)鋁和鎵組成，包括以下重量份組 分10 90%的金屬鋁和10 90%的金屬鎵。還可以包括其它成分的催化劑或保護劑。具體地實施例1.*本實施例所提供的鎵鋁合金，其中鋁鎵的重量比例為9:1。本實施例還提供了一種上述鎵鋁合金的制備方法，其步驟為.(1)取金 屬單質(zhì)鋁，放入加工機中加工成粉末狀或顆粒狀，取出備用；(2)取金屬鎵加熱到IO(TC恒溫備用；G)按鋁鎵重量比例為l:9稱取加工后的鋁和加熱后 的金屬鎵，放入容器中混合，在N2保護下，緩慢加熱到800 110(TC，此時 混合物曾熔融狀態(tài)，維持60 80min后，傾倒到一個預先加熱到30(TC的模 具里，緩慢冷卻直至室溫，脫模，制備成所述鎵鋁合金。根據(jù)實際需要可以 將模具做成不同的形狀，進而得到不同形狀的鎵鋁合金。上述的鎵鋁合金在制氫領(lǐng)域的應(yīng)用，常溫下使其遇水時，其可與水迅速 發(fā)生反應(yīng)，單質(zhì)鋁變成氫氧化鋁，并在此過程中產(chǎn)生無色無味的氫氣，該氣 體遇空氣顏色不變，而且具有純氫氣的可燃性、還原性以不純氫氣的爆鳴性， 此過程的化學反應(yīng)方程式為2Al+6H2O2Al(0H)3+3H2T。實施例2:本實施例提供的一種鎵鋁合金、制備方法及其在制氫領(lǐng)域的 應(yīng)用，其組分、方法及應(yīng)用基本上與實施例l相同，其不同之處在于，該鎵 鋁合金包括以下重量份比例的原料鋁20%和鎵80%。實施例3:本實施例提供的一種鎵鋁合金、制備方法及其在制氫領(lǐng)域的 應(yīng)用，其組分、方法及應(yīng)用基本上與實施例l相同，其不同之處在于，該鎵 鋁合金包括以下重量份比例的原料鋁50%和鎵50%。實施例4:本實施例提供的一種鎵鋁合金、制備方法及其在制氫領(lǐng)域的 應(yīng)用，其組分、方法及應(yīng)用基本上與實施例l相同，其不同之處在于，該鎵 鋁合金包括以下重量份比例的原料鋁80%和鎵20%。實施例5:本實施例提供的一種鎵鋁合金、制備方法及其在制氫領(lǐng)域的 應(yīng)用，其組分、方法及應(yīng)用基本上與實施例l相同，其不同之處在于，該鎵 鋁合金包括以下重量份比例的原料鋁90%和鎵10%。如本發(fā)明上述實施例所述，采用與其相同或相似的組分、方法及應(yīng)用， 均在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鎵鋁合金，其特征在于，包括以下重量份組分10～90％的金屬鋁和10～90％的金屬鎵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎵鋁合金，其特征在于包括10%的金 屬鋁和90%的金屬鎵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎵鋁合金，其特征在于包括20%的金 屬鋁和80%的金屬鎵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎵鋁合金，其特征在于包括50%的金 屬鋁和50%的金屬鎵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎵鋁合金，其特征在于包括80%的金 屬鋁和20%的金屬鎵。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎵鋁合金，其特征在于包括90%的金 屬鋁和10%的金屬鎵。
7. —種權(quán)利要求1所述的鎵鋁合金的制備方法，其特征在于， 其包括以下步驟(1) 取金屬鋁，放入加工機中加工成粉末狀或顆粒狀，取出備用。(2) 取金屬鎵加熱到IO(TC恒溫備用。(3) 按鋁鎵重量比例為1:9稱取加工后的鋁和加熱后的金屬鎵， 放入容器中混合，在N2保護下，緩慢加熱到800 110(TC，維持60 120min。(4) 將前步熔融液傾倒到一個預先加熱到30(TC的模具里，緩慢 冷卻直至室溫，脫模，制備所述鎵鋁合金。
8. —種權(quán)利要求1所述的鎵鋁合金在制氫領(lǐng)域的應(yīng)用，其特征在 于，常溫下，使所述鎵鋁合金遇水，其遇水后迅速反應(yīng)釋放出無色無 味的氫氣，此過程中的化.學反應(yīng)方程式為 2A1+6H20=2A1(0H)3+3H2T 。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種原料來源豐富、制備簡單、可在常溫下與水快速反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的鎵鋁合金、制備方法及其在制氫領(lǐng)域中的應(yīng)用，所述鎵鋁合金包括以下重量份組分10～90％的金屬鋁和10～90％的金屬鎵，所述合金在常溫下可與水迅速發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。這一技術(shù)將克服氫氣的制造、儲存和運輸?shù)葰錃饫玫闹饕系K，可以應(yīng)用到高爾夫球車、潛艇、汽車、燃氫發(fā)動機、便攜式發(fā)電機、燃料電池等上，具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號C22C21/00GK101235451SQ20081000695
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者君 劉 申請人:君 劉