氫化態(tài)Mg-Mn復(fù)合物水反應(yīng)行為研究.pdf

1、高效氫源及實時制氫供氫是未來氫能應(yīng)用的核心技術(shù)，其中MgH2與水反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物--Mg(OH)2易附著在未反應(yīng)的MgH2表面阻止反應(yīng)進行的特點成為制約其應(yīng)用的瓶頸問題，因此其材料配方設(shè)計及水反應(yīng)規(guī)律研究是本文研究的重點。
　　本文對 Mg-Mn復(fù)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(yīng)動力學(xué)性能進行了測試，對影響其水反應(yīng)動力學(xué)性能的基本規(guī)律進行了分析，并對水反應(yīng)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(fù)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(xì)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(fù)合物。氫化態(tài)Mg-Mn復(fù)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(yīng)溫度和水質(zhì)對氫化態(tài) Mg-Mn復(fù)合物水反應(yīng)動力學(xué)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(yīng)溶液中，反應(yīng)溫度升高皆有助于其水反應(yīng)過程中水反應(yīng)率及反應(yīng)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(yīng)時，存在一個臨界溫度Tr，當(dāng)反應(yīng)溫度低于Tr時，試樣與二次去離子水的水反應(yīng)動力學(xué)性能弱于在氯化鈉溶液的水反應(yīng)動力學(xué)性能；當(dāng)反應(yīng)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(yīng)時，NaCl溶液中的Cl-在水反應(yīng)產(chǎn)物--Mg(OH)2表面發(fā)生特性吸附，有可溶解的MgCl42-絡(luò)合物形成，阻止 Mg(OH)2致密鈍化膜的形成，有利于其水反應(yīng)率和水反應(yīng)速度的提高；當(dāng)反應(yīng)溫度高于Tr時，由于溫度高及反應(yīng)放熱，可能存在 Mg(OH)2形核率提高及其反應(yīng)改性作用，能夠極大地保證水反應(yīng)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(yīng)動力學(xué)性能的提高

5、。其最優(yōu)化的水反應(yīng)動力學(xué)為在7min的范圍內(nèi)達(dá)到94％的放氫量。
　　對其反應(yīng)機理的理論分析認(rèn)為：氫化態(tài) Mg-Mn復(fù)合物與二次去離子水和NaCl溶液反應(yīng)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(yīng)控制轉(zhuǎn)變。
　　氫化態(tài) Mg-Mn復(fù)合物與二次去離子水反應(yīng)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(yīng)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(fù)合物與NaCl溶液反應(yīng)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(yīng)明顯，分散性較差。因此，“反應(yīng)改性”這一概念更適合于氫化物與二次去離子水反應(yīng)體系。
　　針對氫化物反應(yīng)量不同的探索性試驗研究結(jié)果表明：參與反應(yīng)的氫化物質(zhì)量越大，反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物--Mg(OH)2分散性越好，通過反應(yīng)到達(dá)改性的效果越明顯，有望發(fā)展成為一種短流程制備改