氫化態(tài)Mg-Mn復合物水反應行為研究.pdf

1、高效氫源及實時制氫供氫是未來氫能應用的核心技術(shù)，其中MgH2與水反應獲得產(chǎn)物 H2、Mg(OH)2及放出熱量，有望發(fā)展成為一種新式高效便攜式氫源技術(shù)，但是其水反應產(chǎn)物--Mg(OH)2易附著在未反應的MgH2表面阻止反應進行的特點成為制約其應用的瓶頸問題，因此其材料配方設計及水反應規(guī)律研究是本文研究的重點。
　　本文對 Mg-Mn復合粉、純 Mg粉進行充氫球磨制備氫化態(tài)粉末，利用XRD、SEM、粒度分析儀對其進行了表征；利用自制的

2、裝置對其水反應動力學性能進行了測試，對影響其水反應動力學性能的基本規(guī)律進行了分析，并對水反應產(chǎn)物--Mg(OH)2的形貌進行了表征，定性地分析了其形貌演變的基本規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明：充氫球磨能夠制備氫化態(tài)復合粉體。球料比對粉體氫化進程及最終晶粒尺寸皆有影響，其最終形貌為細小均勻的近等軸狀顆粒。充氫球磨純鎂粉過程中，由于鎂的活性提高及少量氧氣的混入，最終獲得氫化態(tài)Mg-MgO復合物。氫化態(tài)Mg-Mn復合物顆粒尺寸在1~7μm的范

3、圍內(nèi)，氫化態(tài)Mg-MgO顆粒尺寸則在1~4μm范圍內(nèi)變化。
　　反應溫度和水質(zhì)對氫化態(tài) Mg-Mn復合物水反應動力學性能的影響較為明顯，其基本規(guī)律為：在本文實驗溫度范圍內(nèi)及兩種反應溶液中，反應溫度升高皆有助于其水反應過程中水反應率及反應速度提高；與二次去離子水及氯化鈉溶液等不同水質(zhì)反應時，存在一個臨界溫度Tr，當反應溫度低于Tr時，試樣與二次去離子水的水反應動力學性能弱于在氯化鈉溶液的水反應動力學性能；當反應溫度高于Tr時，則表現(xiàn)

4、出與此完全相反的試驗結(jié)果。分析其原因：主要是因為在低于Tr的溫度下水反應時，NaCl溶液中的Cl-在水反應產(chǎn)物--Mg(OH)2表面發(fā)生特性吸附，有可溶解的MgCl42-絡合物形成，阻止 Mg(OH)2致密鈍化膜的形成，有利于其水反應率和水反應速度的提高；當反應溫度高于Tr時，由于溫度高及反應放熱，可能存在 Mg(OH)2形核率提高及其反應改性作用，能夠極大地保證水反應速度與進程，此時水中的雜質(zhì)含量越低，則越有利于水反應動力學性能的提高

5、。其最優(yōu)化的水反應動力學為在7min的范圍內(nèi)達到94％的放氫量。
　　對其反應機理的理論分析認為：氫化態(tài) Mg-Mn復合物與二次去離子水和NaCl溶液反應過程的Avrami指數(shù) n值均隨溫度變化而改變，其可能的變化規(guī)律為由擴散控制向三維界面反應控制轉(zhuǎn)變。
　　氫化態(tài) Mg-Mn復合物與二次去離子水反應產(chǎn)物形貌呈片狀，并隨溫度升高清晰可見。隨著溫度升高，其非極性的（001）晶面顯露較多，從而表現(xiàn)出較高溫度反應時產(chǎn)物穩(wěn)定的分散性

6、，改性效果顯著。氫化態(tài)Mg-Mn復合物與NaCl溶液反應產(chǎn)物沿顆粒法向方向呈交叉片狀長大。Cl-離子的存在使團聚效應明顯，分散性較差。因此，“反應改性”這一概念更適合于氫化物與二次去離子水反應體系。
　　針對氫化物反應量不同的探索性試驗研究結(jié)果表明：參與反應的氫化物質(zhì)量越大，反應溫度升高，其非極性的（001）晶面顯露量急劇增多，進而使水反應產(chǎn)物--Mg(OH)2分散性越好，通過反應到達改性的效果越明顯，有望發(fā)展成為一種短流程制備改