Lab开垦成功氢化镁生产工艺,富氢搪瓷杯发生氧

2019-09-23 12:30 来源:未知

除了与Mg结合的氢外,还可提取含在水中的氢,因此可提取到合计15.2g的氢。与原来的贮氢合金相比,在相同质量下可存贮7倍以上的氢。

如果在100g的MgH2中加入75℃以上的温水进行水解,则会发生如下反应:

  另外一个副反应是产生氯:2Cl--2e-==Cl2↑

该公司表示,在MgH2的工业生产工艺方面此前没有成功的先例,此次首次开发出了达到工业生产水平的低成本量产技术及其生产设备。虽然该公司并未公布工艺的细节,但据悉是一种将Mg与氢一起投入高温高压炉内,使两者发生反应的工艺。生产所需要的能量未予公布,据介绍并不是很多。另外,现在的生产规模仅为数公斤级别,因此MgH2的生产成本达每公斤数万日元,不过在生产规模扩大后,便可降低成本。

关于制造时所需的能量,该公司没有对外公布,但据称并不太多。目前由于生产规模仅为数kg的水平,因此MgH2的制造成本达到平均每公斤数万日元,但如果扩大生产规模,则有可能降低成本。

  如果采用纯净水电解,余氯及臭氧相应的会减少,但是市面上的很多这种杯,用纯净水是不能制氢或制氢能力大大减弱,因为纯净水的导电能力很差。如果用蒸馏水或去离子水,这种杯子根本无法工作。

从上述的工艺可以得知,与此前面向燃料电池车贮氢用途的贮氢合金不同,此次的MgH2在配备于车辆的状态下很难吸附氢。因此需要一种新的工艺——将MgH2填入燃料盒后配备在车辆上,在不能产生氢后就更换燃料盒,而用完的燃料盒则可回收,利用专用设备重新吸附氢。

不过,AlH3及MgH2很难像以往储氢合金在配备于车辆的状态下吸留氢气,而必需以更换填充满储氢合金的管芯方式实现燃料补给。然而,如果采用目前主流的高压氢气罐,需要在燃料补给站配备用于高压充填氢气的设备,而管芯式燃料罐只需仓库储存即可。由于无需像以往加油站那样专用的庞大燃料补给设施,燃料补给的概念本身有可能大为改变。(未完待续。记者:鹤原 吉郎)

  普及型富氢水杯:普通电解法

普通贮氢合金每100g仅能吸附2g左右的氢。而此次开发的氢化镁则不同,向100g的MgH2浇注75℃以上的热水进行加水分解,便可发生以下反应:MgH2+2H2O→Mg2+2H2。

另一方面,从事储氢合金制造及销售业务的Bio Coke技研(Bio Coke Lab)2008年2月宣布,在储氢合金方面全球首次确立了MgH2水解反应的工业生产方法。如前所述,从MgH2中提取氢气必需250℃以上的高温,需要高温曾是实用化时所面临的问题。

  这是目前绝大部分富氢水杯厂家采用的,铂金电极同时放置在水中,电解时同时产生氢与氧排到水中。这种富氢水杯的价格从300-1200多元都有,其中日本的江田水素水杯的价格要2000以上,很多消费者发现,江田水素水杯并不适合中国,在中国使用会有异味,这个异味就是臭氧、臭氧。归根到底的原因是:进口的水素水杯,大部分针对日本和韩国市场开发的产品,日本的自来水可以直接饮用,没有重金属和其他有机污染物,也不会有余氯存在。而中国的自来水是要添加氯气来杀菌的,含氯的自来水通过点解后氯的含量会增加超过五倍。

日本贮氢合金产销公司Biocoke Lab在全球首次开发成功了可高密度吸附氢的氢化镁的工业生产工艺。通过对MgH2进行加水分解处理,可轻松提取氢。在第4届国际氢燃料电池展(08年2月27~29日)上,该公司进行了现场演示。 图片 1 图:Biocoke Lab展示的、可从氢化镁中提取氢的演示装置。在左起第二个玻璃容器中加入氢化镁,再加入水后便可产生氢。将产生的氢供给照片中最前面的燃料电池,用以驱动风扇

这样不仅可提取出与Mg结合在一起的氢气,还可提取出水中所含的氢气,因此,总计可提取出15.2g的氢气。与以往储氢合金只能提取约2g相比,达到了7倍以上。

  展望:氢化钙与水的反应是:CaH2+2H₂O=Ca(OH)2+2H₂↑,登山队员常用此反应制取氢气。举一反三,未来氢化钙或氢化珊瑚钙做成胶囊,进入人体胃部,可以缓慢持续的释放氢。

日本制钢所与日本东北大学金属材料研究所正联合开发采用AlH3的氢气储藏系统。AlH3的特点是,储藏密度为10.1质量百分比,比以往的储氢合金2~3%左右的质量储藏密度高得多。另外,体积储藏密度也达到了149g/L。

  SPE膜就是当今热门的氢燃料电池的质子交换膜。氢氧分离富氢水杯电解的过程,是燃料电池发电的逆过程。氢氧分离产生氢的阴极在SPE膜上方,下方是阳极产生氧及臭氧、余氯排到杯底,所以氢纯度高。

图4通过MgH2产生氢气的实际演示装置

Bio Coke技研在第4届国际氢气及燃料电池展上进行了展示。左起第2个玻璃容器内盛有MgH2粉末,从最右侧的玻璃容器加入水,就会产生氢气。为了在常温下产生氢气,此次的实际演示装置在水中添加了用于提高反应性的药品,但如果加热至80℃,只用水也能产生氢气。

  富氢水杯产生氢气的原理,总的来说有化学与电解的两大类方法。通过比较制氢方式的不同,比较其价格,可以总结出富氢水杯哪个牌子实惠、富氢水杯哪个牌子好点。氢爱天下富氢水杯提到的质子交换膜是一种不会产生余氯和臭氧的制氢方式,值得关注。氢爱天下主编用时将近4个小时,对富氢水杯产生氢气的三种原理,用动画配合文字的方式展示出来,期待能让氢友们秒懂。

但是AlH3合金在实用化方面也存在问题。一个问题是降低释放氢气的温度。加热到140℃时,AlH32分钟左右即开始迅速释放氢气,而在80℃时,则必需等70分钟左右才释放氢气。日本制钢所开发策划部主管部长兜森俊树表示,“为了在较低温度下释放氢气,今后我们将探讨添加元素”。此外,降低成本也是问题之一。目前由于AlH3是在实验室中制造的,制造成本高达每克数千日元。今后,必须力争通过扩大制造规模来降低成本。

  但是阳极还是有二个副反应的,其中一个是产生臭氧:3H2O-6e-=O3+6H+

据该公司介绍,在此之前还没有报告表示已确立MgH2的工业化制造方法,因此,此次开发出的达到工业生产水平的量产技术及制造装置为全球首次。工艺的细节没有公布,但该公司介绍,主要工艺是将Mg与氢气一同投入高温高压的炉内,使其发生反应。

图片 2

图3日本制钢所的AlH3

日本制钢所在2008年2月举办的第4届国际氢气及燃料电池展(FC EXPO 2008)上的展品。

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利用水解反应制取大量氢气

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另外,对通过上述方法合成得来的AlH3粒子进行冲压成型,还同时开发出了可以55%的高充填率充入小型储藏容器的技术。通过加热该容器使AlH3释放氢气时,成功地释放出了普通储氢合金条件下1.8倍量的氢气。

  缺陷:无法彻底解决余氯与臭氧的问题。门槛低,生产厂家众多,质量参差不齐。

MgH2 2H2O→Mg2 2H2

  其中产生臭氧,是没有办法避免的。这种普及型富氢水杯中,一般里面有矿物颗粒,用于改善口味,有的能够部分吸收余氯与臭氧。

由于质量轻,从而可提高质量储藏密度的金属氢化物,另外还包括LiH及MgH2等。之所以从中选择了AlH3,是因为要释放出氢气,LiH需要650℃以上、MgH2需要250℃以上的高温,而AlH3只需80~150℃左右的较低温度即可;另外,释放出氢气之后,还可从AlH3中得到可循环利用的金属Al。但是直到不久前,AlH3的合成技术一直不成熟。此次,上述两家单位携手合作,通过优化液相反应的各个流程,确立了可稳定合成出平均每批次20g以上的AlH3的技术。

  方程式:Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑缓慢反应产生氢,如果用热水,反应会加强。

另外,该公司同时还提出了利用水解反应在较低温度下提取氢气的方案。虽然在车辆上采用该技术时存在着水解反应必然导致积水的问题,但该方案也有优点,即:利用水解反应可比单纯加热提取出更多的氢气。在第4届国际氢气及燃料电池展(2008年2月27~29日)上,该公司进行了在MgH2中加水后提取氢气的实际演示。

氢爱天下高浓度富氢水杯

  高端型富氢水杯:SPE质子膜电解,氢氧分离

  通过一种工艺制成主要成分是镁的矿物质,利用镁与水反应产生氢的原理。

富氢水的工作原理

  入门型富氢水杯:化学方法一般是采用金属镁

  电极反应式,阳极:4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极:4H++4e-=2H2↑

  另外还有个逆天的功能,即使是去离子水,SPE质子膜电解富氢水杯照样行。因为SPE膜同时充当了电解质的功能。

  优点:成本低廉,易于普及。

  优点:产生的氢纯度高,可以呼吸,氢水浓度高,没有余氯与臭氧产生。

  缺陷:镁会消耗完,所以需要不定期换滤芯。更为麻烦的是,需要大量的喝富氢水,氢的作用才显示出来,可是这种制氢方法,会产生镁离子,镁离子是身体需要的,但是人体大量的吸收镁离子,则增加了问题的复杂性。

富氢水工作原理

  优点:这种原理的富氢水杯工艺简单,成本低廉。

  缺点:SPE质子膜价格昂贵,目前国际上,只有少数厂家能够生产质量合格的SPE质子膜。而氢爱天下富氢水杯正是采用这种SPE质子膜的水杯,制氢纯度极高,氢水浓度极高,没有余氯与臭氧产生,大家可以放心使用。

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