專利名稱：一種儲(chǔ)氫方鈉石復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料的生產(chǎn)制備領(lǐng)域，涉及到一種常溫常壓下對氫氣具有較大吸附 量的方鈉石復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的儲(chǔ)氫技術(shù)大致可分為五種液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓儲(chǔ)氫、有機(jī)化合物儲(chǔ)氫、金屬化合物 儲(chǔ)氫和介質(zhì)吸附儲(chǔ)氫。
液態(tài)儲(chǔ)氫，由于氫氣沸點(diǎn)極低(20K)，所以此法能耗大，成本高、對設(shè)備材質(zhì)要求很高 ，操作和使用條件苛刻，大都用于火箭、飛船和衛(wèi)星發(fā)射等高科技領(lǐng)域；高壓儲(chǔ)氫，對儲(chǔ)氫 容器材質(zhì)要求高，儲(chǔ)存和使用安全性差， 一般只用于實(shí)驗(yàn)室；有機(jī)化合物儲(chǔ)氫，主要利用苯 和甲苯的加氫/脫氫反應(yīng)以達(dá)到吸/放氫的目的，此法吸/放氫工藝復(fù)雜，還有許多技術(shù)問題 有待解決；金屬化合物儲(chǔ)氫近幾年在國內(nèi)外受到廣泛重視，理論研究和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展很快， 但金屬儲(chǔ)氫材料造價(jià)高昂，同時(shí)自重過高。另外由于此類材料對02和H20敏感，易與其發(fā)生 反應(yīng)，所以對原料氣要求很高，使其應(yīng)用受到很大限制。
介質(zhì)吸附儲(chǔ)氫是一種具有良好應(yīng)用前景的儲(chǔ)氫技術(shù)，介質(zhì)穩(wěn)定性好，自重較輕，尤其是 沸石類介質(zhì)同時(shí)由于良好的工業(yè)基礎(chǔ)，在儲(chǔ)氫材料領(lǐng)域有廣泛的研究潛力和應(yīng)用價(jià)值。但由 于介質(zhì)與氫氣間吸附力為范德華力，導(dǎo)致此類材料儲(chǔ)氫量相對較低，在常溫下儲(chǔ)氫量更低。 目前缺少一種可以提高沸石與氫氣間作用力的新型材料的制備技術(shù)，以提高沸石材料的儲(chǔ)氫

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有較大儲(chǔ)氫量的方鈉石復(fù)合材料制備方法，其工藝過程簡單，能耗低 ，通過該方法制備出的復(fù)合材料顯著提高常溫下方鈉石材料的儲(chǔ)氫量，作為儲(chǔ)氫材料具有良 好應(yīng)用前景。
本發(fā)明的技術(shù)方案為
將方鈉石與過渡金屬離子水溶液混合，攪拌條件下進(jìn)行離子交換。抽濾、烘干后，將樣 品在還原氣氛中熱還原，經(jīng)降溫處理后，可以制備出常壓下對氫氣具有較大吸附量的方鈉石 復(fù)合材料。通過改變過渡金屬離子種類和交換溫度，可以調(diào)節(jié)方鈉石復(fù)合材料的儲(chǔ)氫性能。
制備時(shí)所用的方鈉石原料、過渡金屬離子種類、配方比例、離子交換溫度、時(shí)間和還原 條件如下頁
(1) 制備所采用的方鈉石原料可以采用以普通原料直接合成的硅鋁比為1 4的方鈉石純 相，也可以采用礦物灰為原料合成出的硅鋁比為1 4的方鈉石產(chǎn)品。
(2) 離子交換所需的過渡金屬離子源為過渡金屬鹽的水溶液，濃度為O. l 1.0mol *L—1 。附2+源在硝酸鎳、醋酸鎳或硫酸鎳的水溶液中選?。籉^+源在硫酸亞鐵、硝酸亞鐵或醋酸 亞鐵水溶液中選??；Zn&源在醋酸鋅、硝酸鋅或硫酸鋅水溶液中選取。
(3) 進(jìn)行離子交換時(shí)，方鈉石原料與過渡金屬離子水溶液重量配比為1 10: 100;離 子交換在電磁攪拌或電動(dòng)攪拌下進(jìn)行，恒溫溫度為20 6(TC，交換時(shí)間為O. 5 24h。
(4) 還原氣氛在氫氣或氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w中選取，氮?dú)馀c氫氣的體積比在50: 70 200范圍內(nèi)變化；還原氣體流量為30 100mL/min。
(5) 還原過程采用程序升溫和程序降溫的方法，首先控制溫度在20 40min內(nèi)升至400 70CTC;恒溫2 4h;最后再在2 4h內(nèi)降至常溫。
具體的制備工藝流程如下
步驟l.將干燥的方鈉石原料研磨，經(jīng)100目的篩子篩分后，轉(zhuǎn)移至錐形瓶中。 步驟2.將過渡金屬離子水溶液加入錐形瓶，恒溫下進(jìn)行離子交換，抽濾、干燥后得到 離子交換后物料。
步驟3.將上述物料在還原氣氛下還原，經(jīng)程序降溫后得到常壓下對氫氣具有較高吸附 量的方鈉石復(fù)合材料。
本發(fā)明的效果和益處是，能實(shí)現(xiàn)制備常壓下具有較大儲(chǔ)氫量的方鈉石復(fù)合材料，可以通 過改變離子種類和交換溫度實(shí)現(xiàn)對方鈉石復(fù)合材料儲(chǔ)氫性能的調(diào)變。整個(gè)制備過程沒有引進(jìn) 有害雜質(zhì)和產(chǎn)生廢棄物排放，屬于綠色環(huán)保性技術(shù)。本發(fā)明在制備成本、產(chǎn)品性能、工藝流 程、環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)利潤等方面具有顯著優(yōu)勢，原料工業(yè)化程度高，成本低廉，合成簡便， 設(shè)備要求低，產(chǎn)品性能高，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)本發(fā)明的具體實(shí)施例。
實(shí)施例l:稱取方鈉石原料1.0g，研磨15 30min后，過篩。與100ml濃度為0. lmol/L硝酸 鎳溶液混合，電磁攪拌條件下，6(TC恒溫離子交換12h。抽濾干燥后，在氫氣氣氛下60(TC還 原2h，自然降至常溫即得黑色粉末樣品。所得方鈉石復(fù)合材料常壓下儲(chǔ)氫量可達(dá)16ml/g。
實(shí)施例2:稱取方鈉石原料0. 5g，研磨15 30min后，過篩。與50ml濃度為0. lmol/L硫酸 亞鐵溶液混合，電磁攪拌條件下，25。C恒溫離子交換4h。抽濾干燥后，在氫氣氣氛下40(TC 還原4h，自然降至常溫即得黑色粉末樣品。所得方鈉石復(fù)合材料常壓下儲(chǔ)氫量可達(dá)14ml/g。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種儲(chǔ)氫方鈉石復(fù)合材料的制備方法，其特征在于(1)制備所采用的方鈉石原料采用以普通原料直接合成的硅鋁比為1～4的方鈉石純相或礦物灰為原料合成出的硅鋁比為1～4的方鈉石產(chǎn)品；將干燥的方鈉石原料研磨，經(jīng)100目的篩子篩分后使用；(2)將過渡金屬離子水溶液加入上述得到的物料后，恒溫下進(jìn)行離子交換，抽濾、干燥后得到離子交換后物料；離子交換所需的過渡金屬離子源為過渡金屬鹽的水溶液，濃度為0.1～1.0mol.L-1；Ni2+源在硝酸鎳、醋酸鎳或硫酸鎳的水溶液中選??；Fe2+源在硫酸亞鐵、硝酸亞鐵或醋酸亞鐵水溶液中選??；Zn2+源在醋酸鋅、硝酸鋅或硫酸鋅水溶液中選??；進(jìn)行離子交換時(shí)，方鈉石原料與過渡金屬離子水溶液重量配比為1～10∶100；離子交換在電磁攪拌或電動(dòng)攪拌下進(jìn)行，恒溫溫度為20～60℃，交換時(shí)間為0.5～24h；(3)將上述物料在還原氣氛下還原，經(jīng)程序降溫后得到常壓下對氫氣具有較高吸附量的方鈉石復(fù)合材料；還原氣氛在氫氣或氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w中選取，氮?dú)馀c氫氣的體積比在50∶70～200范圍內(nèi)變化；還原氣體流量為30～100mL/min；(4)還原過程采用程序升溫和程序降溫的方法，首先控制溫度在20～40min內(nèi)升至400～700℃；恒溫2～4h；最后再在2～4h內(nèi)降至常溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種儲(chǔ)氫方鈉石復(fù)合材料的制備方法，屬于無機(jī)功能材料的生產(chǎn)制備領(lǐng)域。其特征是將干燥的方鈉石原料研磨，經(jīng)100目的篩子篩分后，再將過渡金屬離子水溶液加入；恒溫下進(jìn)行離子交換，抽濾、干燥后得到離子交換后物料。將上述物料在還原氣氛下還原，經(jīng)程序降溫后得到常壓下對氫氣具有較高吸附量的方鈉石復(fù)合材料。本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)制備常壓下具有較大儲(chǔ)氫量的方鈉石復(fù)合材料。整個(gè)制備過程沒有引進(jìn)有害雜質(zhì)和產(chǎn)生廢棄物排放，在制備成本、產(chǎn)品性能、工藝流程、環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)利潤等方面具有顯著優(yōu)勢，原料工業(yè)化程度高，成本低廉，合成簡便，設(shè)備要求低，產(chǎn)品性能高，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B01J20/10GK101503196SQ20091030070
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者吳曉金, 孟長功, 濤 胡, 震 譚 申請人:大連理工大學(xué)