产氢用Al-Ga-In-Sn四元合金的制备

发布时间：2017-07-20 12:14

  本文关键词：产氢用Al-Ga-In-Sn四元合金的制备

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【摘要】：随着工业环境污染日益加重，化石燃料的不断紧缺和需求量的日益上升，全世界都在寻找既经济又有效的替代能源，以填补能源供应留下的缺口。近些年来，大量的替代能源（核能、太阳能、风能、地热能等等）已经开始逐渐取代石油在并网系统中的应用，但没有一种新能源能够像石油那样方便的储存、运输、供能。某种新能源如果想要取代石油在离网应用中的地位，必须具备以下一些特点：能够大规模生产，储存、运输便捷、安全，能量密度大且供能过程中没有污染物的生成。 氢气是一种公认的清洁能源，本身无毒、燃烧时释放热量极大，不产生任何污染物。目前阻碍氢能源利用推广的主要是氢气的储存运输问题。气态液态储氢导致用氢运输成本高，储氢材料储氢又面临氢储量低和放氢条件苛刻等问题。因此，想要大规模推广氢能源，就要解决或是避开氢气储存和运输的瓶颈。 镓铟锡合金与水反应作产生氢的方法利用了铝较高的化学活性。常温下铝遇到水表面会由于生成致密的氧化膜将铝和水隔开而难以反应，因此掩盖了其活性。破坏这一氧化膜的方法主要有两种，一是球磨铝粉至纳米级别，其与水剧烈反应放出氢气。另外一种是将铝和低熔点金属制成合金，反应过程中，低熔点金属能够阻止氧化膜的形成，保证反应持续进行。 本实验中利用金属熔炼炉熔化Al、Ga、In、Sn，并在室温下浇筑成型，制成四元合金板。X射线衍射分析图谱显示，该合金主要表现铝的特征峰，金属间化合物In3Sn和InSn4与原料中In、Sn的加入量有关。扫描电镜图像看到为退火的样品表面存在大量的缺陷和裂纹，这些缺陷和裂纹促进了合金与水的反应。由于成分之间的密度不同和熔点差异，合金内部存在着明显的成分偏析，经过退火工艺之后，成分偏析有所好转。实验过程中，液态共晶中的Al运动到共晶表面与水反应，而共晶又会溶解周围的Al直至反应结束，理论上这一反应可以将铝全部消耗。DSC图像显示，，合金内出现液相的温度约在12℃，这一温度也是反应能够发生的最低温度。通过排水集气法对收集到的氢气进行记录，发现制备的几种合金样品产氢率最高可达97%以上，产氢速率最快可达478ml/min。通过控制合金的退火工艺、反应的水解温度等可以对合金水解速度，即持续产氢时间进行控制。由于本合金目的是替代石油的离网应用，因此，对于野外作业用能，潜艇水下动力用能等有着广泛的应用前景，考虑到实际环境中水的状况，对水中一些离子对四元合金产氢性能的影响也进行了简单研究。
【关键词】：铝镓合金 四元合金 液态共晶体 水解产氢
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21;TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 新能源概述11-13
• 1.2.1 新能源技术发展现状11-12
• 1.2.2 几种常见的新能源12-13
• 1.3 氢能源13-18
• 1.3.1 氢能源简介13-14
• 1.3.2 氢气的制备方法14-15
• 1.3.3 氢气的存储和运输15-18
• 1.4 铝及其合金水解产氢18-23
• 1.4.1 铝-碱水解制氢18-19
• 1.4.2 铝-水水解制氢19-21
• 1.4.3 铝合金水解制氢21-22
• 1.4.4 铝合金化的机理22-23
• 1.5 几种低熔点金属简介23-26
• 1.6 论文的选题背景及研究意义26-28
• 第二章 实验部分28-34
• 2.1 实验药品28
• 2.2 实验设备28-29
• 2.3 氢气发生、收集装置及使用方法29-30
• 2.4 样品表征手段30-34
• 第三章 Al-Ga-In-Sn 四元合金的制备及样品分析34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 样品制备34-35
• 3.3 实验样品表征35-45
• 3.4 本章小结45-49
• 第四章 退火、水温及水中离子对合金产氢效率的影响49-56
• 4.1 引言49
• 4.2 实验内容49-55
• 4.2.1 退火温度和时间对合金产氢性能的影响49-52
• 4.2.2 水解温度对合金产氢性能的影响52-53
• 4.2.3 水解时离子对合金产氢性能的影响53-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 结论56-57
• 参考文献57-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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4 江泽民;;对中国能源问题的思考[J];上海交通大学学报;2008年03期

5 杨升,杨冠群,顾松青;电解法生产铝基合金[J];特种铸造及有色合金;2001年02期

本文编号：567953