專(zhuān)利名稱(chēng)：用鋁炭嵌合物制備氫氣的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非金屬元素的制備方法及其裝置，特別是一種氫氣的制備方法和裝置。
氫氣作為一種重要的化工合成原料及高能量、無(wú)污染能源日益受到人類(lèi)重視，人們先后研究出多種制備氫氣的方法及其裝置，在工業(yè)上制氫氣主要以水為原料，如電解法制備氫氣，通過(guò)電解NaOH，溶液使在陰極上H+被還原，放出H2，電解法制得的H2純度較高，可達(dá)99.9%，但用這種方法耗電太多。因而目前使用電解法制H2在工業(yè)上應(yīng)用很少，目前工業(yè)上大量H2的來(lái)源是利用炭還原法(水煤氣法)來(lái)制取的C+H2O (1000℃)/() CO+H2;CO+H2O (400℃)/(Fe23) CO2+H2，這種方法雖然能耗有所下降，但總的來(lái)說(shuō)能耗仍然高，設(shè)備和工藝比較復(fù)雜。近年來(lái)人們研究用光化學(xué)，催化分解水的方法來(lái)制備H2，如高等教育出版社出版的《無(wú)機(jī)化學(xué)》第三版第468頁(yè)中報(bào)導(dǎo)，有人發(fā)現(xiàn)金屬釕的配位化合物(如三(2，2-聯(lián)吡啶)合釕(2)的化合物對(duì)于光解水有特殊的催化作用，這種方法目前尚未達(dá)到應(yīng)用于生產(chǎn)的程度，同時(shí)釕資源較少，價(jià)格較貴。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，能源消耗小，原材料易得的氫氣生產(chǎn)方法及其裝置。
本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)取純度在95%以上，裁徑2～8mm的鋁粒與裁徑1-3mm的無(wú)定形炭粒按Al∶C＝1∶0.1～0.3重量比混合后置于一容器中搖撞或搗砸，使炭粒嵌于鋁粒中，將鋁炭混合物浸泡于活化液中活化8～25分鐘，用清水沖洗除去活化液后，經(jīng)投料管投放于二個(gè)上下相扣的非金屬U形筒體組成的氫氣生產(chǎn)裝置內(nèi)，并按鋁炭嵌合物∶水＝1∶80～100重量比將水注于氫氣生產(chǎn)裝置內(nèi)，在光照或加溫條件下，水即開(kāi)始分解產(chǎn)生氫氣，待所產(chǎn)出氫氣將上U形筒體上頂形成氣室后，打開(kāi)輸氫氣管開(kāi)關(guān)并于貯氫氣容器相連，收集H2。
活化液可以是1/1000-5/1000重量比的HgSO4水溶液，可以是飽和FeCl3或FeSO4水溶液或者20%Pb(NO3)2重量百分比水溶液。無(wú)定形炭為石墨、炭黑任一種。
在無(wú)光照或每日光照不足8小時(shí)，可用提高水溫至25-40℃來(lái)維持氫氣產(chǎn)出。
氫氣生產(chǎn)裝置是由設(shè)計(jì)二個(gè)上下相扣的非金屬U形筒體組成，上U形筒體外徑小于下U形筒體內(nèi)徑2-10mm，上下U形筒底中心部位分別設(shè)有與筒體底固接的滑桿或與滑桿相匹配的導(dǎo)管，上、下U形筒體相扣時(shí)，滑桿置于滑桿導(dǎo)管內(nèi)，上U形筒體底設(shè)有帶開(kāi)關(guān)的輸氫氣管和帶塞的投料管，下U形筒體底或上U形筒體口部設(shè)有存料盤(pán)。
下U形筒體高于上U形筒體3-8cm，以便于制氫裝置容腔內(nèi)充滿(mǎn)水。
上U形筒體為無(wú)色玻璃或透明不漏氫氣的塑料或樹(shù)脂材料制成，以便吸收光能和氫氣收集。
本發(fā)明中使用的鋁粒純度過(guò)低或粒度過(guò)大，在水分解產(chǎn)氫氣過(guò)程中產(chǎn)生的Al(OH)3不易從鋁炭嵌合物中分散出來(lái)，而影響H2產(chǎn)出率。鋁粒過(guò)小或炭粒過(guò)大，及炭粒過(guò)少，均影響鋁粒與炭粒的嵌合，炭粒過(guò)多則造成不必要的浪費(fèi)。
使用HgSO4或Pb(NO3)2水溶液作活化液時(shí)，如果濃度過(guò)低，或時(shí)間過(guò)短則鋁表面氧化層去除不完，濃度過(guò)大或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則在水洗時(shí)即可產(chǎn)生大量Al(OH)3-6附于鋁炭嵌合物表面，而影響H2產(chǎn)率。鋁炭嵌合物與水的比例，一般水所占比例不少于80倍為好，水量過(guò)少，鋁炭嵌合物在奪取OH-離子時(shí)產(chǎn)生大量的熱量水溫升高太快，反應(yīng)激烈，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量Al(OH)3-6而成糊狀物附于鋁炭嵌合物表面，而影響H2產(chǎn)生，另一方面水量過(guò)少，鋁炭嵌合物催化水分解的能力發(fā)揮不出來(lái)，也影響H2的產(chǎn)率。
在制氫時(shí)應(yīng)注意選擇容量適當(dāng)?shù)臍錃馍a(chǎn)裝置，使水能充滿(mǎn)制氫氣裝置和輸氫管道，只有這樣才保證氫氣的純度。
附圖
及圖面說(shuō)明附圖為本發(fā)明的一種生產(chǎn)氫氣用的裝置。
下面結(jié)合附圖對(duì)鋁炭嵌合物制備氫氣的裝置作進(jìn)一步描述如圖所示，氫氣生產(chǎn)裝置含有非金屬材料制成的上U形筒體1和下U形筒體6，其中上U形筒體由無(wú)色玻璃或透明不漏氫氣的塑料或樹(shù)脂材料制成，其外徑小于下U形筒體的內(nèi)徑2-10mm，上、下U形筒體相扣后，上U形筒體外壁與下U形筒體內(nèi)壁間隙以1-5mm為宜，過(guò)大則影響H2的收集，過(guò)小給裝配增加困難，上U形筒體也難于上、下滑動(dòng)自如，上、下U形筒體中心部位設(shè)有與其底固接并與筒體壁相平行的非金屬滑桿4或非金屬滑桿導(dǎo)管5，上U形筒體底上設(shè)有帶塞的非金屬投料管2和帶開(kāi)關(guān)的輸氫氣管3，在下U形筒底或上U形筒體口部設(shè)一與筒體壁垂直的存料盤(pán)7，為便于排除廢液，可在下U形筒體底設(shè)一帶閥門(mén)的排污管8。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)鋁炭嵌合物制備氫氣的方法作進(jìn)一步敘述實(shí)施例1取純度95%，截徑為8mm的鋁粒1kg與截徑3mm炭黑0.3kg混合后裝入玻璃瓶，置于洗衣機(jī)的甩干桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)撞擊15分鐘，使炭粒嵌于鋁粒中，炭粒嵌于鋁粒中越深越均勻，效果越好，取出鋁炭嵌合物浸泡于1/1000重量比的HgSO4水溶液中浸泡10分鐘。撈出鋁炭嵌合物用清水沖洗除去HgSO4水溶液后備用，取一容積為130升的氫氣生產(chǎn)裝置安裝于戶(hù)外陽(yáng)光可照射的場(chǎng)地，安裝時(shí)將上U形筒體口器向下扣于下U形筒體內(nèi)，并將滑桿置于滑桿導(dǎo)管內(nèi)，關(guān)閉排污閥門(mén)，打開(kāi)進(jìn)料管塞和氫氣輸氣開(kāi)關(guān)，從進(jìn)料管將鋁炭嵌合物置于存料盤(pán)，再將水從輸氣管輸入下U形筒，使水充滿(mǎn)上下U形筒相扣而形成的腔體和輸氣管，塞上進(jìn)料管塞，關(guān)閉輸氣開(kāi)關(guān)，在陽(yáng)光作用下，裝置內(nèi)即產(chǎn)生氫氣，當(dāng)H2氣體產(chǎn)出并上頂上U形筒體形成氣室后，打開(kāi)輸氣開(kāi)關(guān)，放出輸氣管中的水，并將輸氣管與貯H2容器相連，輸氣管開(kāi)關(guān)開(kāi)放的大小視產(chǎn)氣速度快慢而定。
實(shí)施例2取純度95%，截徑為5mm的鋁粒0.1kg與截徑2mm炭黑0.02kg混合后裝入玻璃瓶，置于洗衣機(jī)的甩干桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)撞擊15分鐘，使炭粒嵌于鋁粒中，炭粒嵌于鋁粒中越深越均勻，效果越好，取出鋁炭嵌合物浸泡于3/1000重量比的HgSO4水溶液中浸泡10分鐘。撈出鋁炭嵌合物用清水沖洗除去HgSO4液后備用，取一容積為9.6升的氫氣生產(chǎn)裝置安裝于戶(hù)外陽(yáng)光可照射的場(chǎng)地，安裝時(shí)先將上U形筒體口向下扣于下U形筒體內(nèi)，并將滑桿置于滑桿導(dǎo)管內(nèi)，關(guān)閉排污閥門(mén)，打開(kāi)進(jìn)料管塞和氫氣輸氣開(kāi)關(guān)，從進(jìn)料管將鋁炭嵌合物置于存料盤(pán)，再將水從輸氣管輸入下U形筒，使水充滿(mǎn)上下U形筒體相扣而形成的腔體和輸氣管，塞上進(jìn)料管塞，關(guān)閉輸氣開(kāi)關(guān)，在陽(yáng)光作用下，裝置內(nèi)即產(chǎn)生氫氣，當(dāng)H2氣體產(chǎn)出并上頂上U形筒體形成氣室后，打開(kāi)輸氣開(kāi)關(guān)，放出輸氣管中的水，并將輸氣管與貯氫氣容器相連，輸氣開(kāi)關(guān)開(kāi)放的大小視產(chǎn)氣速度快慢而定。
實(shí)施例3取純度95%，最大截徑為2mm的鋁粒10kg與截徑1mm炭黑1kg混合后裝入石舀搗砸10分鐘，使炭粒嵌于鋁粒中，炭粒嵌于鋁粒中越深越均勻，效果越好，取出鋁炭嵌合物浸泡于5/1000重量比的HgSO4水溶液中浸泡8分鐘。撈出鋁炭嵌合物用清水沖洗除去HgSO4液后備用，取一容積為0.9m3的氫氣生產(chǎn)裝置，安裝時(shí)先將上U形筒體口向下扣于下U形筒體內(nèi)，并使滑桿置于滑桿導(dǎo)管內(nèi)，關(guān)閉排污閥門(mén)，打開(kāi)進(jìn)料管塞和氫氣輸氣開(kāi)關(guān)，從進(jìn)料管將鋁炭嵌合物置于存料盤(pán)，再將40℃水從輸氣管輸入下U形筒，使水充滿(mǎn)上下U形筒體相扣而形成的腔體和輸氣管，塞上進(jìn)料管塞，關(guān)閉輸氣開(kāi)關(guān)，裝置內(nèi)即產(chǎn)生氫氣，當(dāng)H2氣體產(chǎn)出并上頂上U形筒體形成氣室后，打開(kāi)輸氣開(kāi)關(guān)，放出輸氣管中的水，并將輸氣管與貯H2容器相連，輸氣開(kāi)關(guān)開(kāi)放的大小視產(chǎn)氣速度快慢而定。
實(shí)施例4按實(shí)施例1進(jìn)行，僅將原鋁炭嵌合物浸泡于1/1000的HgSO4溶液中15分鐘，改為浸泡于飽和FeCl3水溶液中25分鐘。
實(shí)施例5按實(shí)施例2進(jìn)行，僅將鋁炭嵌合物浸泡于20%重量百分比Pb(NO3)2的水溶液中20分鐘代替鋁炭嵌合物浸泡于3/1000HgSO4中10分鐘。
實(shí)施例6同實(shí)施例3，僅將原加入40℃水改為加入25℃水。
用本發(fā)明制備的H2經(jīng)稱(chēng)量0°時(shí)的密度為89.9克/m3，燃燒時(shí)火焰為白蘭色，說(shuō)明H2的純度較高。
從試生產(chǎn)情況看，1000克純鋁粒與100～300克炭粒嵌合后，水量在80kg以上，每天光照達(dá)8～10小時(shí)可連續(xù)產(chǎn)氣7-14晝夜，其中溫度在15-20℃時(shí)產(chǎn)生氣時(shí)間可維持10-14天，而溫度在25℃以上時(shí)產(chǎn)氣時(shí)間為7-10天。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下產(chǎn)H2量最低為1240升，最高超過(guò)10300升。
如果無(wú)光照，用提高水溫的辦法即將水溫提高到25-40℃，產(chǎn)氣量也可達(dá)1240～4960升。如果既無(wú)光照，水溫又低于15℃時(shí)，H2產(chǎn)出極微，且二小時(shí)內(nèi)即純化停止反應(yīng)。
本發(fā)明主要是利用鋁炭嵌合物，經(jīng)活化液去除鋁表面的氧化層后，鋁原子上的電子被炭原子吸附，鋁炭接觸部位產(chǎn)生很大的電位差，接近鋁炭嵌合物之間的水分子被電離，而使OH-與AL+化合，水分子中H+解離出來(lái)后，吸附炭原子上電子而還原生成H2，炭原不斷從光照或加溫的水中獲取能量，而不斷被活化，使這種氧化還原過(guò)程得以繼續(xù)，由于光照供給炭原子的能量比較平緩，使Al原子在反應(yīng)過(guò)程中緩慢形成Al(OH)6而從鋁炭嵌合物中不斷粉化分離，而顯露出未成為Al(OH)6的Al繼續(xù)與炭間產(chǎn)生電位差，使水解較為徹底，而人工提高水溫，往往因溫度短時(shí)間上升較快使上述反應(yīng)激烈，而在短時(shí)間內(nèi)形成大量Al(OH)3，鋁耗量大，不能達(dá)到Al(OH)6使這種反應(yīng)不徹底，同時(shí)短時(shí)間內(nèi)形成大量Al(OH)3-6來(lái)不及粉化分離而成糊狀附于鋁炭嵌合物表面，而導(dǎo)致產(chǎn)氫率下降。
從上述情況中以看出，本發(fā)明的方法和裝置是可行的，用本法生產(chǎn)H2所需能源極少，工藝十分簡(jiǎn)單，制H2純度較高，生產(chǎn)用的裝置也不復(fù)雜，所用原材料來(lái)源廣，可利用一切純度較高的鋁材加工后邊角廢料，因而成本較低。
由于氫氣不易長(zhǎng)期貯存，壓縮后貯藏十分困難且危險(xiǎn)，因而氫氣作為能源使用受到限制，而本發(fā)明使用的生產(chǎn)設(shè)備可大可小，氫氣生產(chǎn)裝置可以用于家庭或工業(yè)作燃燒料生產(chǎn)，又可安裝于活動(dòng)的交通工具上作為交通工具的動(dòng)力能源，為氫氣能源使用開(kāi)辟了新的途徑。
權(quán)利要求
1.一種鋁炭嵌合物制備氫氣的方法，包括原材料加工，水分解和氫氣收集等工藝，其特征在于取純度95%以上，裁徑2～8mm的鋁粒與裁徑1～3mm的無(wú)定形炭粒按Al∶C=1∶0.1～0.3重量比混合后，搖撞或搗砸，使炭粒嵌于鋁粒中，將鋁炭粒嵌合物浸泡于活化液中8-25分鐘，用清水沖洗除去活化液后，置于制氫氣裝置中，并按鋁炭嵌合物∶水=1∶80～100重量比將水加到制氫裝置中，光照或提高水溫將水解離，收集H2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的鋁炭嵌合物制備氫氣的方法，其特征在于活化液為1/1000-5/1000重量比的HgSO4水溶液，20%重量百分比的Pb(NO小3)2水溶液，F(xiàn)eSO4飽和水溶液，F(xiàn)eCl3飽和水溶液中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的鋁炭嵌合物制備氫氣的方法，其特征在于無(wú)定形炭為石墨、炭黑任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的鋁炭嵌合物制備氫氣的方法，其特征在于每天光照時(shí)間不少于8-10小時(shí)。如果光照不足或無(wú)光照時(shí)可用將水溫提高到25-40℃來(lái)替代光照不足。
5.一種生產(chǎn)氫氣用的裝置，包括容器與帶開(kāi)關(guān)的管道，其特征在于容器由二個(gè)上、下相扣的非金屬U形筒體組成，上U形筒體外徑小于下U形筒體內(nèi)徑2-10mm，上、下U形筒底中心部位設(shè)有一與筒體底固接的滑桿或與其相匹配的滑桿導(dǎo)管，上下U形筒體相扣時(shí)，滑桿置于滑桿導(dǎo)管內(nèi)，上U形筒體底部設(shè)有帶開(kāi)關(guān)的輸氫氣管和帶塞的投料管，下U形筒底或上U形筒口部設(shè)有存料盤(pán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所說(shuō)的生產(chǎn)氫氣用的裝置，其特征在于下U形筒體高于上U形筒體3～8cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所說(shuō)的生產(chǎn)氫氣用的裝置，其特征在于上U形筒體為無(wú)色玻璃或透明不漏氫氣的塑料或樹(shù)脂材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用鋁炭嵌合物制備氫氣的方法和裝置，通過(guò)將鋁粒與無(wú)定型炭粒按Al∶C＝1∶0.1—0.3重量比嵌合后，經(jīng)活化液活化后，置于制氫氣裝置中，再加入水，在光照或加溫條件下，使水分子解離收集氫氣，所說(shuō)的制氫裝置包括二個(gè)上、下相扣的U形筒體，筒體底中部設(shè)有滑桿或滑桿導(dǎo)管，上U形筒體底上設(shè)有帶塞的投料管和帶開(kāi)關(guān)的輸氫氣管。用本方法和裝置生產(chǎn)的H
文檔編號(hào)C01B3/08GK1094694SQ9311099
公開(kāi)日1994年11月9日 申請(qǐng)日期1993年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月30日
發(fā)明者田祖培 申請(qǐng)人:田祖培