專利名稱：一種能使水中氫氧快速分解的催化介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種催化介質，特別是涉及一種能使水在一定的溫度下快速分解成氫氣(H2)與氧氣(O2)的催化介質。
背景技術：
氫氣是無色無味的氣體，氫氣的用途十分廣泛，在石油工業(yè)上許多工藝過程需用氫氣，如加氫裂化，加氫精制、加氫脫硫、催化加氫等。氫氣和一氧化碳的合成氣， 凈化后經(jīng)加壓和催化可以合成重要的化工原料甲醇。在食品工業(yè)上，氫氣用于動植物油脂的硬化，用來制造人造奶油和脆化奶油等。在冶金工業(yè)中，利用氫氣的還原性提煉貴重金屬。氫氣是最理想的無污染燃料，燃燒時發(fā)熱量高，熱值是同質量汽油的三倍，氫氣在氧氣中燃燒其氫氧焰可達3 000°C高溫，用于熔融和切割金屬。而且氫氣用量最大的是制備合成氨，世界上60%的氫是用在合成氨上，液氫還有希望成為動力火箭的推進劑。氧氣是地球上一切有生命的機體賴以生存的物質。它很容易與其他物質發(fā)生化學反應而生成氧化物，在氧化反應過程中會產(chǎn)生大量熱量。因此，氧作為氧化劑和助燃劑在冶金、化工、能源、機械、國防工業(yè)等領域也得到了相當廣泛的應用。例如冶金工業(yè)利用高純氧吹入轉爐煉鋼，使鐵中碳及磷、硫、硅等雜質氧化，氧化產(chǎn)生的熱量足以維持煉鋼過程所需的溫度。大大縮短了冶煉時間，并且提高了鋼的質量。在機械加工業(yè)，氧氣作為乙炔的助燃劑，以產(chǎn)生高溫火焰，使金屬熔化主要用于金屬切割和焊接。在國防工業(yè)，液氧常作為火箭的助燃劑?？扇嘉镔|浸泡液氧后具有強烈的爆炸性，可制作液氧炸藥。氧氣還用于缺氧、低氧或無氧環(huán)境，如潛水作業(yè)、登山運動、高空飛行、宇宙航行、醫(yī)療搶救等等。由此可見，氫氣與氧氣是人類生產(chǎn)生活中不可缺少的重要物質。然而，我們如何獲得氫氣與氧氣呢？工業(yè)制取氫氣的常用方法有電解水法、水煤氣法、石油熱裂的合成氣和天然氣制氫多種方法。電解水法是采用鐵為陰極，鎳為陽極的串聯(lián)電解槽(外形似壓濾機)來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣，陰極出氫氣。該方法成本較高。水煤氣法是采用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時反應而得水煤氣(C+H20 — C(HH2)。凈化后再使它與水蒸氣一起通過觸媒令其中的CO轉化成 CO2 (CCHH2O — C02+H2)可得含氫量在80%以上的氣體，再壓入水中以溶去CO2,再通過含氨蟻酸亞銅溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣，這種方法工藝復雜，使用設備較多，氫氣和一氧化碳難以分離且一氧化碳有毒。而由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫是將石油或天然氣進行加熱，在一定的溫度條件下獲得氫氣。石油熱裂所獲的氫氣產(chǎn)量高，常用于汽油加氫， 石油化工和化肥廠所需的氫氣，這種制氫方法在世界上很多國家都采用，在我國的石油化工基地如大慶化肥廠，渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣，但由于石油本身就是一個多元CH化合物，熱裂副產(chǎn)品太多，且石油價格太高.。工業(yè)制取氧氣的方法有也很多，其中最常用的有液態(tài)氧分離法和物理制氧法兩種。其中液態(tài)氧分離法即把空氣加壓低溫變?yōu)橐簯B(tài)氧，然后升到一定溫度，因為空氣中含氮氣和CO2，但彼此的熔點不同，可以加到一定溫度，使其它物質汽化，只留下氧氣。物理制氧法是通過富氧膜制氧，讓空氣震蕩，根據(jù)氮氣與氧氣的活動速度不同，通過富氧膜提取足夠濃度的氧氣。所述方法過程復雜，成本也較高。在人類的生產(chǎn)生活實踐中，時常需要氫氣與氧氣同時存在(如鍋爐燃燒)，以上所述的電解水法雖能同時產(chǎn)生氫氣和氧氣，但成本高不經(jīng)濟，不適宜推廣。搞物理化學的專業(yè)技術人員都清楚，水被加熱到1200-1300°C時可分解出氫氣與氧氣，但加熱的溫度太高，能源消耗太大，要求條件太苛刻。因此，能夠使水在相對較低的溫度下分解氫氣和氧氣的探索，一直是人們長期以來渴望解決的技術難題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能使水中氫氧快速分解的催化介質，它能夠在較低溫度下加速氫氧分解的速率，解決現(xiàn)有的制氫制氧方法過程復雜、成本高，單獨用水加熱分解獲得氫氣與氧氣，要求加熱的溫度太高，能源消耗太大，條件太苛刻的問題。本發(fā)明的催化介質是以純鐵(Fe)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈷(Co)為原料，經(jīng)研磨、混合、沖壓、煅燒、充磁工藝步驟制得。所述原料的重量百分比是鐵35%、鎳30%、鋁15%、銅10%、鈷10%。所述煅燒是將沖壓成型的金屬顆粒在950-1050°C溫度環(huán)境中燒結，煅燒分3次進行，每次煅燒30分鐘，取出自然冷卻至常溫后再進行下一次。所述的充磁是把煅燒后的金屬顆粒在機頭磁性強度為3500-41000高斯的充磁機內，充磁0. 05-0. 08秒。本發(fā)明的催化介質是一種由鐵0 )、鎳(Ni)、鋁Al、銅(Cu)、鈷(Co)壓制而成的金屬顆粒，經(jīng)煅燒、充磁后具有一定的磁性和硬度。將其放入300-600°C的水中便產(chǎn)生催化作用，它會將水中氫原子與氧原子的距離拉大，使氫離子吸附在鎳(M)、鋁Al的表面，并在磁場的作用下形成氫氣，脫離鎳(Ni)與鋁Al。與此同時，一部分氧離子與水中的三氧化二鐵O^e2O3)發(fā)生反應合成四氧化三鐵(Fe3O4),其余大部分合成了氧氣。氫氣與氧氣在內部的壓力下釋放。進而在比常規(guī)降低了 900-1000°C的情況下實現(xiàn)了水分解成氫氣與氧氣之目的。明顯降低了溫度條件與化學反應活化能，顯著提高了反應速率，有效節(jié)省了能源消耗， 大幅度降低了生產(chǎn)成本，大大提高了氫氧合成的效率，可靠實現(xiàn)了發(fā)明目的。與現(xiàn)有技術相比具有突出的實質性特點與顯著的進步。不僅如此，該發(fā)明還具有原料廣泛易得、制備方法簡單、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、能夠重復使用、成本低效益高、無污染易推廣等優(yōu)點。
具體實施例方式本發(fā)明的一種能使水中氫氧快速分解的催化介質是以純鐵(Fe)、 鎳(Ni)、鋁Al、銅(Cu)、鈷(Co)為原料，首先按重量百分比鐵35%、鎳30%、鋁15%、銅 10%、鈷10%的比例稱取原料，將所述五種物質分別進行研磨，研磨成800目微粒，再放入同一容器內充分混合，每次取混合物20kg放入60噸磁場成型粉末壓力機中進行沖壓，將微粒壓制成直徑3mm、長度為6. 5mm的圓柱體或體積與之相當?shù)钠渌误w的金屬顆粒。然后進行煅燒。煅燒是將壓制成型的金屬顆粒在1000°C溫度環(huán)境中(采用煅燒爐)燒結，煅燒共分3次進行，每次煅燒時間為30分鐘，取出自然冷卻至常溫后再進行下一次。然后將煅燒后的金屬顆粒全部放在充磁機內進行充磁。充磁機選擇SCTX204〔2〕380-1-1-1600型的充磁設備。該充磁機機頭磁性強度為3500-41000高斯，在該充磁機內充磁0. 05-0. 08秒即可。這樣便可制得本發(fā)明的催化介質。本發(fā)明的使用方法將本發(fā)明的催化介質放在加有水的鐵容器內，外界加熱到 300°C，水在催化介質的作用下，便可分解成氫氣和氧氣。制取十分方便。經(jīng)測試氫氣與氧氣在蒸汽中的含量分別是氫氣37%、氧氣16%。指標優(yōu)于所述電解水法。而且成本低、能耗小、反應速度快。將使用本發(fā)明的催化介質制作的氫氧發(fā)生器所產(chǎn)生的氫氣與氧氣用于鍋爐燃燒，其發(fā)熱量高、對環(huán)境無污染且可提高鍋爐效率17-20%。
權利要求
1.一種能使水中氫氧快速分解的催化介質，其特征在于該催化介質是以純鐵(狗)、 鎳(Ni)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈷(Co)為原料，經(jīng)研磨、混合、沖壓、煅燒、充磁工藝步驟制得。
2.根據(jù)權利要求1所述的催化介質，其特征在于所述原料的重量百分比是鐵35%、鎳 30%、鋁 15%、銅 10%、鈷 10%。
3.根據(jù)權利要求1所述的催化介質，其特征在于所述煅燒是將沖壓成型的金屬顆粒在950-1050°C溫度環(huán)境中燒結，煅燒分3次進行，每次煅燒時間為30分鐘，取出自然冷卻至常溫后再進行下一次。
4.根據(jù)權利要求1所述的催化介質，其特征在于所述的充磁是把煅燒后的金屬顆粒在機頭磁性強度為3500-41000高斯的充磁機內，充磁0. 05-0. 08秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能使水中氫氧快速分解的催化介質。它是以純鐵、鎳、鋁、銅、鈷為原料，經(jīng)研磨、混合、沖壓、煅燒、充磁工藝步驟制得。將其放入300-600℃的水中便產(chǎn)生催化作用，使水在催化介質的作用下，分解成氫氣和氧氣。并測得氫氣與氧氣在蒸汽中的含量分別是氫氣37％、氧氣16％。它與無催化介質常規(guī)分解降低了900-1000℃。明顯降低了溫度條件與化學反應活化能，顯著提高了反應速率，有效節(jié)省了能源消耗，大幅度降低了生產(chǎn)成本，并提高了氫氧合成的效率。與現(xiàn)有技術相比具有突出的實質性特點與顯著的進步。該發(fā)明還具有原料廣泛易得、制備方法簡單、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、能夠重復使用、成本低效益高、無污染易推廣等優(yōu)點。
文檔編號B01J23/755GK102188974SQ201010129659
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權日2010年3月12日
發(fā)明者黃立平 申請人:黃立平