1、利用铝金属的活化从水中制取氢气 摘要在液态共晶体系 GaIn(70:30)和 GaInSnZn (60:25:10:5)体系中，铝金属的活化性能得到提高，所得到的样品的分散度0.5 毫米，这样的的颗粒尺寸可以使铝粉末和水的反应变得十分剧烈，释放出大量的氢气。当前的工作在于研究活化铝和水的氧化速率，该速率取决于共晶的组成成分、反应温度以及粉末粒度。我们对主要共晶的组成成分对铝的水解能力的影响进行了讨论。关键词：铝金属，液态共晶，活化1、 引言20 世纪末，由化石能源所造成的环境污染和自然资源方面的枯竭等问题日益严重，因此急需寻求一种新的能源来代替。氢能是解决这些问题方面的一个途径。为了在工艺循环
2、中引入氢气，需要解决三个最重要的问题：制取氢气，储运氢气，以及利用氢气。目前在这条产业链中最大的问题是一个如何将氢气存储和输送给消费者。造成这一问题的原因有很多，如氢气的性能密度低，流动性好，液化和固化温度低，且易燃易爆。这些属性成了阻碍成功和快速的解决氢气储运问题的主要障碍，并阻碍了在现代电力技术中引进氢气发电。一个可能的解决这一问题的方法是将氢气以的潜在形式进行存储，并在所需消耗氢气的地方直接产氢，即把制氢阶段和消费阶段结合在一个系统、一个设备中。1.1 制氢从已知生产氢的方法中可知，利用一些轻质金属元素或它们的氢化物相互作用，与水直接反应的方法是目前制氢中最具有前景和接近实际应用的。考虑
3、到可实际操作性和制氢能力，硼氢化钠（1g 可释放出 2.4L 氢气） ，铝（1g 可释放出 1.245 升氢气） ，镁（1g 可释放出 0.95 升氢气） ，以及它们的氢化物是目前最具前景的。所有这些物质都有优点和缺点，根据给定物质的特性，如价格，可用性，环境安全性和可用性，作为可便携式氢气制备器，铝金属具有最佳的参数。然而，众所周知，铝在通常条件下是不与水发生氧化反应，因为它表面会生成一层致密的氧化膜，使其在室温下仅能与酸和碱发生反应。这样的试剂制氢，显然无法到达便携式和家庭使用这一条件，例如，移动电话或笔记本电脑的充电器。1.2、铝活化已知的铝活化的方法有几种。第一个是封闭，使用水银润湿铝
4、表面，从而防止在其表面上形成铝的氧化膜。然而，因为水银具有毒性，所以使用汞存在安全隐患。第二是铝的高温氧化。然而，完成铝氧化程序，需要一种昂贵和复杂的设备。三是铝表面的镓润湿。据认为，镓对铝的作用就像汞，也就是说，它由液体金属膜穿透金属导致铝脆化而覆盖其表面。在介质的物理-化学的影响下，这样的行为是通过在固体吸附力下降的的效果中进行说明。其结果，该金属被破坏。其相应的效应被称为 Rebinder 效果。众所周知，这样的处理后铝变得易碎，并且可以容易和快速与水反应释放出氢。Al+3H2OAl（ OH） 3+3/2 H2O （1）在镓的基础上使用液体共晶（例如，镓-铟或镓- 铟-锡- 锌） ，而不
5、是纯镓导致活化的铝与水反应的程度加剧。2、 实验存储和制备活化的铝，需要在氮气的氛中进行。活化的铝粉是由铝颗粒与另增加的液态 Ga-In 共晶（镓 70wt）或更复杂的镓- 铟-锡- 锌系共晶（镓 60wt）中机械分散制取的。.铝和水之间的相互作用的动力学可用容积法进行研究。氢气的体积在室温下的测量是在水十倍化学计量过剩下实现的，以减少温度因素的影响。为了在高温下进行反应，反应器被设在水浴中。为了量化释放出的氢，我们使用了一个氢气收集装置。这个装置是由一个温度控制的玻璃反应器连接一个装满水的滴定管组成的。铝粉末（0.1g）与水（50ml ）加入到一个玻璃反应器中（100ml） ，并加热到预定温
6、度。铝粉刚一接触水时，反应就开始产生氢气。氢气通过在充满水的滴定管中鼓泡并冷却至环境温度。产生的氢气收集在充满水的滴定管便于测量氢的质量。 3、 结果与讨论文献证据表明，镓渗入铝的晶界和晶内，可能是铝抗水氧化活性下降的原因。然而，与此同时，它又是让该材料的机械强度下降的原因。这就是为什么铝合金可以容易地研磨成粉末。所此铝与水的水解制氢速率加快。图 1. 不同成分的铝合金在室温下与水反应曲线图；(a)制氢产量， (b)制氢速率(曲线 1，Al-Ga-In 水解制氢效果；曲线 2，Al-Ga-In-Sn-Zn 水解制氢效果)Fig. 1 The kinetic curves of the acti
7、vated powders at room temperature: (a) reaction yield of hydrogen; (b) reaction rate(curve 1the powder of aluminium activated by liquid GaIn eutectic; curve 2the powder of aluminium activated by liquid GaInSnZn eutectic).金属铝颗粒被液体共晶进行上述处理之后，粉末变为单晶针状颗粒（具有长度尺寸约0.5mm，直径 0.1mm）和较大的团块（直径为粒子1mm） 。活化后的铝的小部分
8、细粒无论是在室温下还是在较高的温度下，与水都能快速反应，该反应取决于合金中共晶的组成成分，它们所产生氢气的产率接近理论值。大部分颗粒与水反应也很活跃的，但是氢气产率低，反应动力学性能差。根据共晶组成，动力学速率曲线和氢气产率的曲线（参见表 1）如图 1 所示。表 1，铝合金中共晶的组成成分以及铝合金水解制氢量序列号（1）中，1g 的铝与水反应理论上可以产生 1245ml 的氢气。从图 1 中呈现的数据可以明确的得出，铝水解制氢产率接近理论值（参见表 1） 。图 2 展示了随着时间的变化，不同的反应温度下，氢气在颗粒尺寸0.5mm 的活性液态共晶组织 GaIn (Fig. 2a) 和 GaInSnZn (Fig. 2b)体系的产生量的变化（每克活性铝） 。反应温度的增加导致反应速率大大增加。在那种条件下氢的反应收率也接近理论值。在图 3 展现了不同分散度的活性铝粉末的动力学曲线呈现。该反应在室温（22-24）下进行。可以预见，反应速率变化取决于不同的粉末颗粒尺寸（活化铝的最小部分细粒比最大的级分细粉反应更强烈） 。4、 结论因此，它表明，在镓的基础上，金属铝被液体共晶的活化导致共晶渗入铝的晶界，破坏晶间的接触和形成覆盖共晶薄膜铝单晶粉末。以这样的方式被活化的铝粉末与水发生剧烈的氧化反应，产生氢气，这可以用于低和中温燃料电池的原料。
