有机铝法制备铝储氢化合物及性能研究

发布时间：2017-05-02 23:01

  本文关键词：有机铝法制备铝储氢化合物及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氢能作为新能源的主要研究对象之一,受到了各国的普遍关注和重视。氢的储存是其研究的重要领域,而储氢材料研究中,固体储氢材料由于其质量储氢密度高,储氢性能稳定,可反复利用等优点,成为了研究的焦点,金属铝的氢化合物就是其中的一类。现有的制备方法中,一般需要在高温高压下进行,对设备和原料纯度的要求较高,为其广泛应用带来一定的困难。本文提出在常压下,以普通铝粉、卤代烃、氢气等作为原料,采用不同引发剂对铝粉进行活化反应,探究不同温度、反应时间、物料比等条件下制备有机铝溶剂的效果;反应在39℃下,以单质碘和三氯化铝为引发剂,反应时间为40min左右,原料摩尔比为1:4,反应中添加甲苯作为分散剂条件下,制备得到有机铝溶液。并通过IR和活性实验探究其反应的实际效果,表明得到有机铝溶液活性很高。进而研究利用有机铝溶液与氢化钠液相反应制备AlH3的条件;反应摩尔比为1:1,乙醚作为溶剂,温度适当升高到45℃,反应时间为2h-4h之间,晶体转化3h的条件下,制备AlH3实验的效果较好;利用IR和XRD衍射等对其中间产物进行表征,结果表明:产物中可以检测到AlH3的存在,但是分离较为困难。通过复合法和硫酸法等研究NaAlH4代替Li AlH4制备AlH3的实验条件过程,经过比较发现,同样存在难以分离的问题。在制备AlH3的研究过程中,通过增加氢化钠的反应量发现,产物中可以得到NaAlH4,据此对其展开研究。通过改变氢化钠的用量,反应温度和时间,选择不同的溶剂等条件,发现温度在85℃,有机铝和氢化钠摩尔比约为1:2,反应约3h,以四氢呋喃或乙二醇二甲醚为溶剂反复多次提纯之后,得到了纯度和晶体结构都很好的NaAlH4样品。通过IR、XRD、SEM、MS、DSC及熔点测定仪和元素分析等多种手段对其性能进行研究。并将铝粉在有机物活化后的溶液进行固液分离,分别与氢化钠反应,详细的研究其反应机理。结果表明:该方法得到的NaAlH4稳定性好,性质与市售产品相当甚至更好,其分解放氢量可达3.2wt%;机理研究表明该方法同时具有复合法与直接法的特性,液相中多种反应同时进行,原料利用率高,产率可达95%。
【关键词】：有机铝法 活化 常压反应 氢化铝钠 氢化铝
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 氢能简介10-11
• 1.2 储氢材料概述11-12
• 1.2.1 储氢材料介绍11
• 1.2.2 储氢材料的分类11-12
• 1.3 金属铝氢化物概述12-20
• 1.3.1 氢化铝钠NaAlH_412-16
• 1.3.2 氢化铝锂LiAlH_416-17
• 1.3.3 氢化铝钾KAlH_417
• 1.3.4 氢化铝钙Ca(AlH_4)217-18
• 1.3.5 氢化铝镁Mg(AlH_4)218-19
• 1.3.6 氢化铝AlH_319-20
• 1.4 有机铝化合物简介20-21
• 1.4.1 烷基铝20-21
• 1.4.2 卤代烷基铝21
• 1.4.3 氢化烷基铝21
• 1.5 本课题研究思路和研究内容21-23
• 2 实验部分23-28
• 2.1 实验仪器及药品23-25
• 2.1.1 实验仪器23
• 2.1.2 实验药品23-25
• 2.2 仪器与试剂的干燥处理25-26
• 2.2.1 仪器的干燥处理25
• 2.2.2 主要试剂的除水25-26
• 2.3 样品结构和性能的表征与条件26-28
• 2.3.1 红外吸收（IR）光谱分析26
• 2.3.2 X-射线衍射（XRD）分析26
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）观察26
• 2.3.4 差热分析（DSC）研究26-27
• 2.3.5 样品的在线质谱分析27-28
• 3 有机铝试剂制备和铝氢化物合成探究28-54
• 3.1 有机铝试剂制备研究28-37
• 3.1.1 活化剂的选择28-32
• 3.1.2 溶剂的选择32-34
• 3.1.3 反应温度的选择34-35
• 3.1.4 反应维持的温度选择35-36
• 3.1.5 反应时间的选择36-37
• 3.2 氢化铝的制备37-53
• 3.2.1 铝和氢气直接反应制备37-38
• 3.2.2 复合法制备氢化铝38-43
• 3.2.3 硫酸法制备氢化铝43-48
• 3.2.4 水热釜法制备氢化铝48-50
• 3.2.5 有机铝试剂法制备氢化铝50-53
• 3.3 小结53-54
• 4 有机铝试剂制备氢化铝钠及性质研究54-67
• 4.1 有机铝制备NaAlH_454-56
• 4.2 有机铝制备NaAlH_4机理研究56-62
• 4.2.1 反应机理的理论分析56-57
• 4.2.2 反应机理的验证57-62
• 4.3 样品NaAlH_4的性质表征62-66
• 4.3.1 样品熔点的测定62-63
• 4.3.2 样品的形貌表征63-64
• 4.3.3 样品在线质谱研究64-65
• 4.3.4 样品DSC表征65-66
• 4.4 小结66-67
• 5 结论67-69
• 参考文献69-75
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果75-76
• 致谢76-77

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