摻雜Mg/PMMA復合材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種催化劑，具體是一種K2TiF6摻雜Mg/PMMA復合材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著礦石能源的不斷消耗和由此引發的一系列環境問題，尋求潔凈環保可再生的新能源成為科學工作者共同關注的科學問題。氫能作為一種儲量豐富，潔凈環保的可再生能源存儲形式，得到了世界各國廣泛的關注。氫能的商業化應用需要解決其生產、儲存和運輸三大技術難題，其中氫氣高效安全的車載存儲是最具挑戰性和商業應用價值的研究課題。在被研究的儲氫方式中，室溫下質量儲氫密度和體積儲氫密度都具有明顯優勢的固態儲氫是一種極具潛力的儲氫方式。
[0003]在固體儲氫中，1%!12含有高達7.6 wt%的儲氫量，同時具有價格相對低廉和可逆性較好特點而受到科學工作者的廣泛關注。但是純MgHJ^低溫吸放氫性能較差，嚴重制約其推廣應用。科學工作者為了改善MgHJ^低溫脫氫性能，開展了大量工作。其中通過固相球磨的方法進行催化劑添加改進MgH2K放氫性能是最為簡單和實用方式。比如有報道指出，通過摻雜NiCl2,MgH2可以在300 1:和2 MPa氫壓的條件下，30 s內完成吸氫5.17 wt%(Mao, J.F.; Guo, Z.P.; Yu, X.B.; Liu, H.K.; ffu, Z.; Ni, J.1nternat1nalJournal of Hydrogen Energy 2010, 35, 4569.)。也有通過復合對氫性能進行改進的報道，比如Jeon，K.J等人研究表明，通過復合PMMA可以有效改進MgH2的循環吸放氧性倉泛(Jeon, K.J.; Moon, H.R.; Ruminski, A.M.; Jiang, B.; Kisielowski, C.;Bardhan, R.; Urban, J.J.Nature Materials 2011, 10, 286)。
【發明內容】
[0004]本發明專利的目的在于提供一種由K2TiF6作為催化劑摻雜的MgH2/PMMA復合儲氫材料的制備方法，該催化劑能夠有效的改進MgH2/PMMA低溫吸放氫性能的。本專利方法簡單，適宜大規模生產應用。
[0005]一種K2TiF6摻雜Mg/PMMA復合材料的制備方法，包括如下步驟:
a)在手套箱將K2TiF6和MgH2混合，作為樣品待用；
b)將以上樣品放入100mL球磨罐中，催化劑裝料量為0.1-0.3 g，球磨罐中裝入直徑為5-15 mm的鋼球，保證球料質量比為50:1到100:1。球磨轉速為200 r/min到400 r/min,球磨時間為2-6小時；
c)在手套箱將1.0-1.3 g K2TiF6-MgH2MW放于錐形瓶中，加入10-30 mL THF，然后加入0.2-0.4 g PMMA樣品，對錐形瓶進行密封處理；
d)將裝有材料K2TiF6、MgHjPPMMA的錐形瓶在超聲儀中超聲0.5-1小時；
e)將超聲后的樣品進行真空干燥，除去溶劑THF。
[0006]產品檢測:通過以上方法合成的復合儲氫材料，XRD結果表征顯示材料中主要物相仍然為MgH2,但是譜峰發生寬化，說明MgH2粒徑尺度得到了較大的降低。同時復合材料中沒有出現催化劑K2TiFjP復合劑PMMA的譜峰，說明復合材料中，K2TiFjP PMMA均以無定型狀態存在。
[0007]通過摻雜K2TiFjt化劑，MgH2/PMMA的儲氫性能得到了明顯的改進。對其儲氫性能進行表征，結果顯示當催化劑K2TiF6.雜量為10-30 ?丨％時，該材料的起始脫氫溫度為120°C，在200 1:時200 min內的恒溫脫氫量達到了 4.9 wt%，達到其理論含氫量的96%。
[0008]本專利的優點在于:
a)制備復合儲氫材料的原材料易得，價格較低廉。
[0009]b)制備過程簡單，易于操作。
[0010]c)通過摻雜少量的催化劑，能夠有效的改進MgH2/PMMA的脫氫性能。
【附圖說明】
[0011]圖1.摻雜催化劑 K2TiFf^ MgH 2/PMMA 材料的 XRD 譜圖(2 0=20-60°)；
圖2.摻雜20 ?丨％催化劑的MgH2/PMMA在200 1:的恒溫脫氫性能；
圖3.摻雜20被％催化劑的MgH2/PMMA在200 °C恒溫脫氫的質譜圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合【具體實施方式】對本發明做進一步詳細描述。
[0013]實施例:用K2TiF6作為催化劑對MgH 2/PMMA進行摻雜。
[0014]在手套箱中分別稱取0.2g K2TiFjP l.0g MgH2，放入容量為10mL的球磨罐中，球磨罐中放入直徑為10 mm的鋼球20顆，保證球料比為100:1。將球磨罐置于球磨機中，設定轉速為400 r/min,時間為4小時，最后得到的樣品為MgH2-K2TiF6材料。
[0015]在手套箱中稱取以上樣品1.0 g，放于50 mL錐形瓶中，加入20 mL無水THF，然后加入0.3 g PMMA材料。對錐形瓶進行密封，然后超聲0.5小時后，進行50°C真空干燥12小時，最后室溫真空干燥5小時得到K2TiF6摻雜的MgH 2/PMMA樣品
摻雜了催化劑的MgH2/PMMA復合材料的XRD表征
對制備的摻雜了催化劑的MgH2/PMMA進行XRD物相表征。此表征是用X射線衍射儀(X，Pert MPD PRO, CuKa, 40 kV, 40 mA)進行的。
[0016]XRD表征結果顯示材料中主要物相仍然為MgH2，但是譜峰發生寬化，說明MgH2粒徑尺度得到了較大的降低。同時復合材料中沒有出現催化劑K2TiFjP復合劑PMMA的譜峰，說明復合材料中，K2TiFjP PMMA均以無定型狀態存在。
[0017]摻雜20 wt%催化劑的MgH 2/PMMA在200 °C的恒溫脫氫性能
對制備的摻雜了催化劑K2TiFJ^ MgH 2/PMMA材料，在CahnThermax 500熱重儀對其恒溫脫氫性能進行測試。
[0018]每次測試用樣量約為150 mg。樣品放入裝置后抽空然后充入高純氬氣，開始測試。通過程序升溫，將樣品加熱到200 °C，然后在200 °C恒溫測試。
[0019]測試結果表明，該材料的起始脫氫溫度為120 °C，在200 °〇時200 min內的恒溫脫氫量達到了 4.9 wt%，達到其理論含氫量的96%。此結果說明通過摻雜催化劑，MgH2/PMMA的恒溫脫氫性能得到了較大的提升。
[0020]摻雜20被%催化劑的MgH2/PMMA在200 °C的恒溫脫氫的質譜圖對制備的摻雜了催化劑K2TiFJ^ MgH 2/PMMA材料，在德國GAM200質譜儀上對其脫氫產物進行測試。
[0021]質譜儀和CahnThermax 500熱重儀聯用，在熱重儀中加熱后，材料的脫氫產物直接進入質譜儀進行測試。
[0022]測試結果表明，復合材料的分解物質為氫氣，材料開始脫氫較快，質譜信號較強，隨著脫氫過程的進行，脫氫速率降低，質譜信號降低，與熱重分析相吻合。
【主權項】
1.一種K2TiF6摻雜Mg/PMMA復合材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 在手套箱將K2TiF6和MgH 2混合，作為樣品待用； 將以上樣品放入100 mL球磨罐中，球磨轉速為200 r/min到400 r/min,球磨時間為2-6小時； 在手套箱將1.0-1.3 g K2TiF6-MgH2MW放于錐形瓶中，加入10-30 mL THF，然后加入0.2-0.4 g PMMA樣品，對錐形瓶進行密封處理； 將裝有材料K2TiF6、MgHJP PMMA的錐形瓶在超聲儀中超聲0.5-1小時； 將超聲后的樣品進行真空干燥，除去溶劑THF。
2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述球磨罐容量為100mL，催化劑裝料量為0.1-0.3 g，球磨罐中裝入直徑為5-15 mm的鋼球，保證球料質量比為50:1到100:1。
3.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述球磨轉速為400r/min，球磨時間為4小時，球料比為100:1。
4.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述錐形瓶容量為50mL,K2TiF6-MgH2M料裝料量為1.2 g，PMMA裝料量為0.3 g。
5.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述超聲溫度為室溫，超聲時間為0.5小時。
6.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述干燥是先在501:真空干燥12小時，然后室溫真空干燥5小時。
7.用權利要求1-6所述的制備方法制備的K2TiF6摻雜Mg/PMMA復合材料。
【專利摘要】一種K2TiF6摻雜Mg/PMMA復合材料及制備方法。本發明涉及一種用K2TiF6作為催化劑對MgH2/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復合儲氫材料進行摻雜的制備方法，特別是的利用K2TiF6作為催化劑摻雜改善MgH2/PMMA復合儲氫材料脫氫性能，屬于材料發明領域。該復合材料首先通過固相球磨的方法制備K2TiF6-MgH2材料，然后通過液相超聲的方法，將K2TiF6-MgH2材料在溶有PMMA的四氫呋喃(THF)的溶液進行超聲，最后通過控溫真空干燥的方法制備K2TiF6MgH2/PMMA復合儲氫材料。本發明通過固相球磨和液相超聲制備的復合儲氫材料具有良好的脫氫性能。當催化劑K2TiF6摻雜量為10-30wt%時，該材料的起始脫氫溫度為120℃，在200℃時200min內的恒溫脫氫量達到了4.9wt%(扣除復合劑PMMA的質量比例)，達到其理論含氫量的96%。
【IPC分類】C01B3-04
【公開號】CN104692322
【申請號】CN201510111394
【發明人】孫立賢, 李志寶, 徐芬, 閆二虎, 亓衛東, 蔡榮
【申請人】桂林電子科技大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月13日