Спосіб отримання водню

1. Спосіб отримання водню взаємодією активованого алюмінію з водою, який відрізняється тим, що з метою підвищення максимальної швидкості виділення водню використовують сплав алюмінію з вмістом вісмуту 3 ¸ 10 мас. %. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що ви 3 35192 установці для одержання сплавів шляхом введення в розплавлений алюміній 3,0-10,0% мас. вісмуту при 850°С в атмосфері аргону. Після повного розтоплення вісмуту Tтопл.. = 271 4 °С та алюмінію , Т топл .. = 660,1 °С температуру сплаву підвищують до 1300°С ( Т кип. вісмуту 1504°С, а алюмінію 2184°С) і для зменшення розміру кластерів вісмуту сплав енергійно перемішували протягом 15-25 хвилин до одержання гомогенного сплаву А1-Ві. З метою одержання дрібнокристалічного алюмінію з рівномірно розподіленими нанорозмірними кластерами вісмуту гомогенний сплав А1-Ві нагрітий до температури 1300°С виливали протягом 1 ¸ 1,5 сек. в водоохолоджуючу металеву (з нержавіючої сталі X18Н 10Т) форму з чарунками заданих розмірів. Отриманий сплав алюмінію з вісмутом визначеного геометричного розміру поверхні і заданої ваги запаювали в скляні ампули з аргоном. Ампули зі сплавом А1-Ві переносили в реактор, обладнаний пристроєм для розкриття ампул, а також системою для регулювання температури та датчиком тиску ДТ 200 Г [8]. Приклад 1. Для отримання сплаву з вмістом алюмінію 97% і вісмуту 3% мас. 20,0г алюмінію і 0,618г вісмуту розтоплювали в установці для одержання сплавів при 850°С в атмосфері аргону при інтенсивному перемішуванні сплаву A1-Ві механічною мішалкою зі швидкістю 200об/хв і підвищуючи температуру до 1300°С. Після перемішування сплаву А1-Ві протягом 15 хвилин досягається рівномірне розподілення нанорозмірних кластерів вісмуту по всьому об'єму сплаву. Одержаний гомогенний сплав А1-Ві виливали протягом 1 ¸ 1,5 сек. в водоохолоджуючу (5-10°С) металеву форму з чарунками діаметром 0,9см та довжиною 3,5см. Із одержаних циліндрів відрізали проби вагою 1,50г, 4 запаювали під аргоном в скляні ампули. При проведені експериментів при заданій температурі ампулу з активованим алюмінієм поміщали в реактор для дослідження кінетичних взаємодії алюмінію з водою з виділенням водню [8]. В реактор заливали 70см 3 води при цьому вільний об'єм в реакторі становив 30см 3. Далі температур у реактора підвищували до заданої, ампулу з сплавом роздавлювали і приводили активований алюміній до контакту з водою при визначеній температурі і з допомогою датчика ДТ-200 Г фіксували тиск в робочій камері реактора. Із одержаних кінетичних кривих P - t розраховували об'єм виділеного водню в залежності від часу експерименту, будували ( ) кінетичні криві Vo / S, л / м2 - t, хв і розрахували залежність кількості та швидкості виділення водню від часу для різних температур. Отримані результати при 150, 200, 250 і 300°С приведені в табл. 1. Як видно, активований вісмутом алюміній при наведених температурах розчинюється в воді з виділення 2333,0л/м 2 водню відповідно за 60, 10, 4,5 і 2,5 хвилин. При цьому кількість виділеного водню за 2,5 хвилини при взаємодії алюмінійвісмутового сплаву (А1 - 97.0; Ві - 3.0% мас.) з водою при 150, 250 і 300°С дорівнює 20, 427, 1032 та 2333л Н2/м 2. Середня швидкість виділення водню ( ) при t = 2,0 хвилини становить л / м2 × хв при 150, 200, 250, 300°С 7,5; 161; 354,5 і 1040 відповідно. Причому максимальна швидкість виділення водню при тих же температурах дорівнювала 112, 362, 1081 та 1896 лН2 / м 2 × хв ) та досягала цих значень за проміжок часу (t) рівний 20, 7,0, 3,5 і 1,75 хвилин відповідно. Таблиця 1 Залежність кількості в иділеного в одню 1,5г, алюмінію активов аного 3% мас. в ісмуту при температурах 150-300°С Кількість в иділеного в одню Vo / S , л/м 2 Час, хв илини 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3,50 4,50 7,00 10,00 15,00 20,00 30,00 60,00 Температура, °С 150 0 2 3 5 7 9 11 13 15 20 31 44 95 198 509 1071 1955 2333 200 0 11 38 84 131 179 225 272 322 427 663 952 1858 2333 250 0 23 67 129 209 309 423 556 709 1032 2113 2333 300 0 177 384 593 809 1053 1339 1813 2080 2333 5 35192 6 Таблиця 2 Значення максимальних швидкостей виділення водню для систем A1-Ві і A1-Ga при температурах 150-300°С з вмістом металу-активатора 3,0% мас Сплав Склад мас. % Запропонований Відомий [2] vmax A1 - Bi / vmax A1- Ga А1 97 Ві 3 А1 97 Ga 3 Максимальна швидкість виділення водню при температурах 150-300°С взаємодії сплаву з водою 150°С 200°С 250°С 300°С 112 362 1081 1896 84 258 631 984 1,33 В табл. 2 співставленні значення максимальних швидкостей виділення водню сплавами запропонованої системи А1 97% мас. Ві 3% мас. та сплавами відомої системи А1 97% мас. Ga 97% мас. [2]. Як видно з табл. 2, алюмінію-вісмуту сплав з 97% мас. алюмінію та 3% мас. вісмуту має швидкість виділення водню в 1,3 ¸ 1 9 раз більшу , за швидкість виділення водню сплавом з 97% мас алюмінію та 3% мас галію, що свідчить про те, що метал-активатор вісмут є більш ефективним ніж галій. Приклад 2. Компоненти для одержання алюміній-вісмутови х сплавів складу, мас. %: 95 алюмінію і 5,0 вісмуту завантажують в установку для одержання сплавів при температурі 850°С, ретельно перемішують, потім температуру збільшують до 1300°С і інтенсивно перемішують механічною мішалкою зі швидкістю 250об/хв на протязі 20хв. Далі сплав А1-Ві розливають в водоохолоджувану форму з одержання циліндрів як описано в прикладі 1. Таким же чином отримують сплав А1-Ві складу А1 90%, Ві 10%, тільки сплав перемішують зі швидкістю 300об/хв на протязі 25хв. Далі чинять 1,35 1,71 1,93 так, як описано, в прикладі 1. Отримані результати приведені в табл. 3. Як видно, при збільшені вмісту металаактиватора від 3,0 до 5,0 та 10,0% мас., середня швидкість виділення водню активованим алюмінієм при t ~2,0 хвилин становить для температури ( ) 250°С відповідно 354,5, 727,5 і 482,5 лН2 / м2 × хв . Причому час досягнення максимальної швидкості виділення водню при 250°С становив 3,5, 2,25 та 3,0 хвилини, а максимальна швидкість виділення водню в цьому випадку при 250°С становила 1081, ( ) 1689 та 1361 лН2 / м2 × хв . Співставлення отриманих значень Vmax для сплавів А1-Ві з вмістом метала-активатора вісмуту 3% та 5,0 і 10,0% показує, що з більшою концентрацією метала-активатора максимальна швидкість виділення водню збільшується відповідно в 1,56 і 1,26 разів. Алюміній активований 5,0% вісмуту повністю розчиняється за t = 2,65 хвилини і виділяє 2333 лН2 / м 2 × хв . Таблиця 3 Залежність кількості в иділеного в одню 1,5г алюмінію від кількості вв еденого в алюміній в іс муту при температурі 250°С Кількість в иділеного в одню Vo / S , л/м 2 Час, хв илини 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,65 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50 3 0 23 67 129 209 309 423 556 709 869 1032 1136 1212 1449 1753 2113 2217 2275 2312 2333 Вміст в іс муту в сплаві, мас. % 5 0 49 264 544 786 917 1019 1166 1455 1877 2288 2333 10 0 23 123 310 543 729 830 901 965 1043 1158 1260 1347 1687 1977 2147 2240 2294 2320 2333 7 35192 Запропонований спосіб отримання водню забезпечує одержання надчистого водню, вміст домішок в якому складає (азоту, кисню, сірки та інш.) менше 1×10-6%. Корисне використання алюмінію становить 100%. Джерела інформації: 1. Авторское свидетельство СССР №125549 Кл. CO 1B 1/07. 15.05.59. 2. Авторское свидетельство СССР №618920 Кл. СО 1В 1/07. 14.04.78. 3. http://arsenal.dn.ua/article/20070312-0841 .article. 4. Obenchain C. E., Balzhiser R. E. // Electrochem. technol. - 1965. - V. 3. - P.221-227. Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 8 5. Шанк Ф. Структуры двойных сплавов. - М.: Металлургия, 1973. - 760с. 6. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под редакцией Н. П. Лякишева [Справочник в 3-х томах]. - Т. 1. - М.: Машиностроение, 1996. - С.121-123. 7. Ниженко В. И., Флока Л. И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов: [Справочник]. - М.: Металлургия, 1981. - 208с. 8. А.с. 1106061 СССР. Реакторная установка для изучения кинетических параметров энергоаккумулирующих ве ществ/Л. Ф. Козин, В. А. Сахаренко (СССР). Зарегистрировано 01.04.1984. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601