一種氫化鋁鋰基復合儲氫材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于儲氫材料技術領域，特別涉及一種氫化鋁鋰基復合儲氫材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]氫能具有儲量豐富、熱值高和對環境友好等優點，被認為是人類未來理想的二次能源，儲氫技術的發展對氫能的安全高效和規模化利用至關重要。堿金屬或堿土金屬以及第IIIA族元素可與氫形成配位氫化物，因其具有極高的儲氫容量，而成為儲氫材料研究和開發的重點。例如，氫化鋁鋰的理論氫含量高達10.6wt.%，在固態儲氫領域具有極好的應用前景。然而，高的熱力學穩定性和差的放氫/再吸氫動力學性能極大地限制了其實際應用。因此，調變氫化鋁鋰吸放氫的熱力學本性和動力學特性是改善其儲氫性能的關鍵。
[0003]近年來，人們發展了多種改善氫化鋁鋰儲氫性能的方法，其中包括多組元反應體系的構建和催化摻雜改性等。將氫化鋁鋰與氫化鎂、硼氫化鋰等物質進行復合而構建多組元反應體系可以改變氫化鋁鋰放氫路徑，降低放氫焓變和熱力學穩定性。然而，現有的反應體系放氫溫度仍較高且反應較慢，另外在改變反應路徑的同時可能會產生不可逆吸氫的副產物。目前，圍繞氫化鋁鋰催化摻雜改性的方法主要有:添加單質改性、添加鹵化物改性和添加氧化物改性等，單質催化改善氫化鋁鋰儲氫性能的效果相對較差，金屬氧化物和鹵化物的催化效果較好。然而現有的金屬鹵化物和氧化物等催化劑制備工藝復雜，且成本均較高，尤其是催化效果好的高純度、高分散性的納米級金屬鹵化物或氧化物粉體。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有氫化鋁鋰儲氫技術的不足，提供了一種成本低、工藝簡單、性能優良的氫化鋁鋰基復合儲氫材料及其制備方法。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0006]本發明所提供的氫化鋁鋰基復合儲氫材料由氫化鋁鋰(或氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物)和工業固體廢棄物組成，其中工業固體廢棄物的添加量為20?30wt.%。所述氫化鋁鋰與硼氫化鋰混合物中，氫化鋁鋰與硼氫化鋰的摩爾比為1: 2。
[0007]所述工業固體廢棄物為粉煤灰或高爐礦渣粉中的一種。
[0008]本發明所提供的氫化鋁鋰基復合儲氫材料的制備方法為:稱取氫化鋁鋰(或氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物)和工業固體廢棄物粉末并混合，采用行星式球磨機對混合粉末進行球磨處理。
[0009]所述球磨處理在0.5?IMPa氫氣保護下進行，球料比為20?30:1，轉速為300?400rpm，球磨時間為2?5h。
[0010]本發明的科學原理如下:
[0011]本發明以工業固體廢棄物(如粉煤灰或高爐礦渣粉)作為氫化鋁鋰(或氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物)的改性劑。從化學組成上來看，工業固體廢棄物可認為是一類復雜氧化物材料，在加熱條件下其可以通過反應或催化作用促進氫化鋁鋰中Al-H鍵的斷裂，降低放氫穩定性。同時，工業固體廢棄物具有良好的分散性能，能夠阻止氫化鋁鋰顆粒團聚長大。另外，將氫化鋁鋰(或氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物)和工業固體廢棄物粉末進行高能球磨可以細化顆粒尺寸和增加表面缺陷，從而縮短氫擴散距離和提高材料的吸放氫反應活性。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0013](I)所提供的氫化鋁鋰基復合儲氫材料具有低的放氫溫度和高的放氫量。
[0014](2)利用粉煤灰或高爐礦渣粉等工業固體廢棄物來改善氫化鋁鋰(或氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物)的儲氫性能，成本低廉，并為工業固體廢棄物的綜合利用提供了新的高附加值途徑。
[0015](3)所提供的氫化鋁鋰基復合儲氫材料的制備工藝簡單，安全可靠。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明實施例1中LiAlH4+20wt.%粉煤灰以及純LiAlH4的升溫放氫曲線。
[0017]圖2為本發明實施例2中LiAlH4+2LiBH4+20wt.%粉煤灰以及LiAlH4+2LiBH4的升溫放氫曲線。
[0018]圖3為本發明實施例3中LiAlH4+2LiBH4+30wt.%粉煤灰的升溫放氫曲線。
[0019]圖4為本發明實施例4中LiAlH4+2LiBH4+20wt.%高爐礦渣粉的升溫放氫曲線。
【具體實施方式】
[0020]以下結合具體實施例詳述本發明，但本發明不局限于下述實施例。
[0021]實施例1
[0022]稱取LiAlH4粉末，并向其中添加20wt.%的粉煤灰(化學組成為S12:50.6wt.Al203:40.2wt.%, CaO:3.lwt.%, Fe 203:1.6wt.%, T1 2:1.3wt.%，其它:3.2wt.% )，將LiAlHjP粉煤灰混合粉末倒入體積為10mL的不銹鋼材質的球磨罐中，并向球磨罐中充入
0.5MPa氫氣，采用行星式球磨機對混合粉末進行2h球磨處理(球料比30:1，轉速300rpm)，即可獲得所述的LiAlH4+20wt.%粉煤灰復合儲氣材料。由圖1可見，所得LiAlH4+20wt.%粉煤灰復合儲氫材料從80°C開始放氫，220°C放氫基本結束，放氫量達5.6wt.%，與純LiAlH4相比，放氫起始和結束溫度均降低了 50°C。
[0023]實施例2
[0024]按照1:2摩爾比分別稱取LiAlHjP LiBH 4粉末，并向其中添加20wt.%的粉煤灰(化學組成為 Si02:50.6wt.%, Al 203:40.2wt.%, CaO:3.lwt.%, Fe 203:1.6wt.%, T12:
1.3wt.%，其它:3.2wt.% )，將LiAlH4、LiBHjP粉煤灰混合粉末倒入體積為10mL的不銹鋼材質的球磨罐中，并向球磨罐中充入IMPa氫氣，采用行星式球磨機對混合粉末進行2h球磨處理(球料比30:1，轉速400rpm)，即可獲得所述的LiAlH4+2LiBH4+20wt.%粉煤灰復合儲氫材料。由圖2可知，所得LiAlH4+2LiBH4+20wt.%粉煤灰復合儲氫材料從110°C開始放氫，495°C放氫結束，放氫量達7.7wt.%，相比較，不添加粉煤灰的LiAlH4+2LiBH4材料在550°C時放氫仍未結束。
[0025]實施例3
[0026]按照1:2摩爾比分別稱取LiAlHjP LiBH 4粉末，并向其中添加30wt.%的粉煤灰(化學組成為 Si02:50.6wt.%, Al 203:40.2wt.%, CaO:3.lwt.%, Fe 203:1.6wt.%, T12:
1.3wt.%，其它:3.2wt.% )，將LiAlH4、LiBHjP粉煤灰混合粉末倒入體積為10mL的不銹鋼材質的球磨罐中，并向球磨罐中充入IMPa氫氣，采用行星式球磨機對混合粉末進行5h球磨處理(球料比20:1，轉速400rpm)，即可獲得所述的LiAlH4+2LiBH4+30wt.%粉煤灰復合儲氫材料。由圖3可知，所得LiAlH4+2LiBH4+30wt.%粉煤灰復合儲氫材料從110°C開始放氫，470°C即可基本完成放氫過程，放氫量達6.4wt.%。
[0027]實施例4
[0028]按照1:2摩爾比分別稱取LiAlHjP LiBH 4粉末，并向其中添加20wt.%的高爐礦渣粉(烘干的200目粉料，化學組成為CaO:37.8wt.%，Si02:32.5wt.%，Al 203:16.6wt.%, MgO:7.9wt.%, T12:1.7wt.%，其它:3.5wt.% )，將 LiAlH4、LiBHjP粉煤灰混合粉末倒入體積為10mL的不銹鋼材質的球磨罐中，并向球磨罐中充入IMPa氫氣，采用行星式球磨機對混合粉末進行2h球磨處理(球料比30:1，轉速400rpm)，即可獲得所述的LiAlH4+2LiBH4+20wt.%礦渣復合儲氫材料。由圖4可知，所得LiAlH4+2LiBH4+20wt.%礦渣復合儲氫材料從110 °C開始放氫，500 °C放氫結束，放氫量達8.1wt.%。
【主權項】
1.一種氫化鋁鋰基復合儲氫材料，其特征在于，該儲氫材料由氫化鋁鋰和工業固體廢棄物組成，或者由氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物和工業固體廢棄物組成； 所述工業固體廢棄物的添加量為20?30wt.% ; 所述工業固體廢棄物為粉煤灰或高爐礦渣粉中的一種； 所述氫化鋁鋰與硼氫化鋰混合物中，氫化鋁鋰與硼氫化鋰的摩爾比為1: 2。2.如權利要求1所述的氫化鋁鋰基復合儲氫材料的制備方法，其特征在于，該方法為:稱取氫化鋁鋰(或氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物)和工業固體廢棄物粉末并混合，采用行星式球磨機對混合粉末進行球磨處理； 所述球磨處理在0.5?IMPa氫氣保護下進行，球料比為20?30:1，轉速為300?400rpm，球磨時間為2?5h。
【專利摘要】本發明公開了一種氫化鋁鋰基復合儲氫材料及其制備方法，屬于儲氫材料技術領域。該復合儲氫材料是由氫化鋁鋰(或氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物)和20～30wt.％的工業固體廢棄物(如粉煤灰或高爐礦渣粉)組成；其通過機械球磨氫化鋁鋰(或氫化鋁鋰與硼氫化鋰的混合物)和工業固體廢棄物混合粉末而獲得。本發明利用工業固體廢棄物來改善材料的儲氫性能，原料來源廣、成本低廉；所提供的氫化鋁鋰基復合儲氫材料制備工藝簡單，安全可靠，具有低的放氫溫度和高的放氫量。
【IPC分類】C01B3/02
【公開號】CN105060245
【申請號】CN201510460878
【發明人】柳東明, 王春陽, 張慶安, 斯庭智, 李永濤
【申請人】安徽工業大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月28日