Сплав на основі алюмінію для отримання водню

1. Сплав на основі алюмінію для отримання водню, який відрізняється тим, що для підвищення максимальної швидкості виділення водню використовують сплав алюмінію з вмістом магнію 1,03,0 %, цинку 3,0 % мас. та метала-активатора вісмуту 3 %. 2. Сплав за п. 1, який відрізняється тим, що висока реакційна здатність активованого вісмутом 3 66225 спостерігається утворення нанорозмірних глобул що складаються з нанокластерів збагачених вісмутом. Ця мікро-неоднорідність збільшує швидкість взаємодії сплаву з водою а, отже, швидкість виділення водню. Приклад 1. Для отримання сплаву з вмістом (мас. %) алюмінію 93,0, магнію 1,0, цинку 3,0, вісмуту 3,0 в розтоплений в атмосфері аргону при температурі 660 °C алюміній масою 20,0000 г вводять 0,6452 г вісмуту, 0,6452 г цинку та 0,2151 г магнію. Після повного розчинення компонентів сплаву температуру підвищують до 1100 °C при енергійному перемішуванні сплаву механічною мішалкою при швидкості обертання 300-600 об/хв. Одержаний гомогенний сплав Al-Mg-Zn-Bi виливали протягом 1-1,5 сек. в охолоджену водою до 3-5 °C металеву форму з мідними чарунками діаметром 0,9 см та довжиною 3,5 см. Із одержаних таким чином циліндрів активованого алюмінію відрізали проби вагою 1,50 г, з площею поверхні 4 4 2 3,810- м , зразки запаювали під аргоном в скляні ампули спеціальної форми. Для проведення експерименту ампулу з активованим алюмінієм встановлювали в реактор з пристроєм для розкриття ампул [5]. В реактор заливали 0,070 л води, при цьому вільний об'єм в реакторі становив 0,030 л. Після герметизації, температуру реактора підвищували до заданої, ампулу зі сплавом роздавлювали за долі секунди, призводячи сплав до контакту з водою при заданій температурі і за допомогою датчика тиску ДТ-200 Г та самописця КСП-4 фіксували зміну тиску в робочій камері реактора. З одержаних кінетичних кривих Р- розраховували об'єм виділеного водню в залежності від часу експерименту, приводили його до нормальних умов та 2 будували кінетичні криві (Vo/S, лН2/м , хв.) і розраховували залежність виділеного об'єму водню від часу для різних температур. Отримані результати при температурах 250; 275; 300 та 325 °C наведені в табл. 1. Таблиця 1 Залежність об'єму виділеного водню при взаємодії з водою 1,5 г алюмінію, активованого 1,0 % магнію, 3,0 % цинку та 3,0 % мас. вісмуту при температурі 250-325 °C № Час, хвилини 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,65 0,90 1,15 1,40 1,70 2,00 2,35 2,70 3,05 3,30 250 0 1 2 4 7 14 25 41 82 213 415 702 1222 1789 2107 2281 2329 2333 Кількість виділеного водню 1,5 г, V/S Т, °C 275 300 2 Об'єм виділеного водню до площі поверхні, V/S, лН2/м 0 0 148 208 295 413 436 602 569 782 809 1079 1025 1327 1222 1524 1475 1749 1813 2026 2060 2200 2227 2271 2300 2333 2327 -----2333 ----------------------------------- Як видно з даних табл. 1, активований сплав при наведених температурах розчиняється в воді з 2 2 виділенням 2333 лН /м водню за 3,30; 2,35; 1,70 та 1,15 хв. При цьому об'єм виділеного водню до площі поверхні зразка за 1,15 хв. взаємодії алюміній-магній-цинкового сплаву (Аl-95,5; Mg-1,0 % мас. Zn-3,0 %), активованого 3,0 мас. % вісмуту з водою при 250; 275; 300 та 325 °C дорівнює 415; 2 2060; 2200 та 2333 л Н2/м . Максимальна швидкість виділення водню при тих же температурах 2 становить 2269; 3502; 4915 та 6884 лН2/м хв. При 250 °C максимальна швидкість виділення водню досягається за проміжок часу (), рівний 2,0 хв., а при 275; 300 та 325 °C максимальна швидкість 325 0 292 574 833 1067 1432 1696 1889 2093 2256 2333 ----------------------------------- виділення водню проявляється на початку реакції із-за відсутності періоду індукції. Приклад 2. Для отримання сплаву з вмістом (мас. %) алюмінію 92,0, магнію 2,0, цинку 3,0 та вісмуту 3,0 в розтоплений в атмосфері аргону при температурі 660 °C алюміній масою 20,0000 г водять 0,6522 г вісмуту, 0,6522 г цинку та 0,4348 г магнію. Після повного розчинення компонентів сплаву температуру підвищують до 1100 °C при інтенсивному перемішуванні сплаву механічною мішалкою. Далі чинять так, як описано в прикладі 1. Отримані результати приведені в табл. 2. 5 66225 Як видно з даних табл. 2, активований сплав при досліджених температурах розчинюється в 2 воді з виділенням 2333 лН2/м водню, приведеного до нормальних умов за 5,95; 2,80; 1,95; 1,25 та 0,9 хв. При цьому кількість виділеного водню, віднесеного до площі поверхні зразка за 0,90 хв. взаємодії алюміній-магній-цинк-вісмутового сплаву (Al-94,0; 6 Mg-3,0 %; Zn-3,0 %), активованого 3,0 мас. % вісмуту з водою при 225; 250; 275; 300 та 325 °C до2 рівнює 56; 606; 1762; 2238; та 2333 л Н2/м . Причому максимальна швидкість виділення водню при тих же температурах становить 2173; 3774; 5850; 2 8620 та 13460 лН2/м хв. Таблиця 2 Залежність об'єму виділеного водню при взаємодії з водою 1,5 г алюмінію, активованого 2,0 % магнію, 3,0 % цинку та 3,0 % мас. вісмуту при температурі 250-325 °C No Час, хвилини 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0,00 0,10 0,20 0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,25 1,40 1,55 1,70 1,95 2,35 2,80 3,80 4,80 5,95 225 0 1 2 3 12 29 56 99 143 201 274 362 561 1069 1912 2233 2291 2333 Кількість виділеного водню 1,5 г, V/S Т°С 250 275 300 2 Об'єм виділеного водню до площі поверхні, V/S, лН2/м 0 0 0 7 494 686 22 889 1221 44 1134 1581 135 1391 1907 302 1589 2116 606 1762 2238 1137 1920 2282 1611 2024 2333 1880 2111 -----2040 2178 -----2136 2222 -----2238 2333 -----2302 ----------2333 ------------------------------------------------------- Приклад 3. Отримання сплаву з вмістом мас. % алюмінію 91,0, магнію 3,0, цинку 3,0 та вісмуту 3,0, проводили наступним чином. В розтоплений в атмосфері аргону при температурі 660 °C алюміній масою 20,0000 г водять 0,6593 г вісмуту, 0,6593 г цинку та 300 0 1137 1773 2038 2240 2304 2333 ------------------------------------------------------- 0,6593 г магнію. Після повного розчинення компонентів сплаву температуру підвищують до 1100 °C при енергійному перемішуванні сплаву механічною мішалкою. Далі чинять так, як описано в прикладі 1. Отримані результаті приведені в табл. 3. Таблиця 3 Залежність об'єму виділеного водню при взаємодії з водою 1,5 г алюмінію, активованого 3,0 % магнію, 3,0 % цинку та 3,0 % мас. вісмуту при температурі 250-325 °C No Час, хвилини 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 225 0 1 3 4 8 16 27 43 63 90 128 Кількість виділеного водню 1,5 г, V/S Т°С 250 275 300 2 Об'єм виділеного водню до площі поверхні, V/S, лН2/м 0 0 0 9 616 926 29 1034 1536 66 1246 1870 150 1372 2098 310 1474 2182 605 1566 2222 961 1658 2251 1324 1756 2277 1671 1868 2296 1972 1988 2309 325 0 1308 1814 1960 2036 2102 2149 2176 2333 ---------- 7 66225 8 Продовження таблиці 3 12 13 14 15 16 17 18 1,15 1,30 1,55 1,80 2,05 3,50 4,95 217 349 687 1199 1786 2322 2333 2192 2268 2312 2331 2333 ---------- Як видно з даних табл. 3, активований сплав при наведених температурах розчиняється в воді з 2 виділенням 2333 лН2/м водню за 0,80; 1,15; 1,55; 2,05 та 4,95 хв. При цьому об'єм виділеного водню до площі поверхні зразка за 0,80 хв. взаємодії алюміній-магній-цинк-вісмутового сплаву (Al92,0 %; Mg-3,0 %; Zn-3,0 %) активованих 3,0 мас. % вісмуту з водою при 225; 250; 275; 300 та 325 °C становіть 63; 1324; 1756; 2277 та 2333 2 лН2/м . Причому максимальна швидкість виділення водню при тих же температурах дорівнює 2743; 2 4232; 7409; 11086 та 15486 лН2/м хв. При 225 та 250 °C максимальна швидкість виділення водню досягає за проміжок часу (т) рівний 2,05 та 0,80 хв., а при 275; 300 та 325 °C максимальна швидкість виділення водню проявляється за долі секунд на початку реакції за рахунок відсутності періоду індукції. Корисне використання алюмінію, магнію 2144 2249 2333 -------------------- 2333 ------------------------------ ----------------------------------- та цинку становить 100 %. Вміст домішок у водні 6 (азоту, кисню та інш.) менше 110- %. Співставлення експериментальних даних. В табл. 4 наведено значення максимальних швидкостей виділення водню, які досягаються при взаємодії з водою сплавів запропонованих систем, а саме 1) Аl 93,0 % мас., Mg 1,0 % мас, Zn 3,0 % мас., Ві 3,0 % мас.; 2) Аl 92,0 % мас., Mg 2,0 % мас., Zn 3,0 % мас., Ві 3,0 % мас.; 3) Аl 91,0 % мас., Mg 3,0 % мас., Zn 3,0 % мас. Ві 3,0 % мас., та сплавом відомої системи Аl 94,0 % мас., Ві 3,0 % мас., Zn 3,0 % мас. [3]. Максимальна швидкість виділення водню в реакції взаємодії сплавів запропонованих систем з водою при 325 °C досягає 2 1) 7156; 2) 13460 3) 15486 л/(м хв.). Максимальна швидкість виділення водню з води в реакції взаємодії відомого сплаву з водою при 325 °C досягає 2 лише 6505 л/(м хв.). Швидкість виділення водню при інших температурах наведена в таблиці 4. Таблиця 4 Значення максимальних швидкостей виділення водню при взаємодії з водою сплавами запропонованих систем, а саме: 1)Аl 93,0 % мас., Mg 1,0 % мас., Zn 3,0 % мас., Ві 3,0 % мас.; 2)Аl 92,0 % мас., Mg 2,0 % мас., Zn 3,0 % мас., Ві 3,0 % мас.; 3)Аl 91,0 % мас., Mg 3,0 % мас., Zn 3,0 % мас. Ві 3,0 % мас., та відомої системи Аl 94,0 % мас., Zn 3,0 % мас., Ві 3,0 % мас., при температурах 275-325 °C Сплав Склад, мас. % Запропонований Відомий 1)Аl 93,0; Mg 1,0; Zn 3,0; Ві 3,0; 2)Аl 92,0; Mg 2,0; Zn 3,0; Ві 3,0; 3)Аl 91,0; Mg 3,0; Zn 3,0; Ві 3,0; Аl 94,0; Zn 3,0; Ві 3,0. Джерела інформації: 1) Козин Л. Ф., Волков С. В. Современная энергетика и экология. Проблемы и перспективы. Киев: Наукова думка, 2006.-775 с 2) Патент України № 35192. МПК С01В 3/012. Спосіб одержання водню //C. В. Волков, Л. Ф. Козін, С. Г. Гончаренко, Б. І. Данільцев. 3) Патент України № 06045. МПК С01В 3/02. Спосіб одержання водню//С. В. Волков, Л. Ф. Козін, С. Г. Гончаренко, Б. І. Данільцев. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Максимальні швидкості виділення водню при температурах 275-325° С, при взаємодії сплавів з во2 дою, лН2/(м хв.) Т°С 225 250 275 300 325 2151 3536 4707 7156 2173 3585 5850 8620 13460 2743 4239 7409 11086 15486 2109 3368 4358 6505 4) Ниженко В. И., Флока Л. И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов: [Справочник]. - М.: Металлургия, 1981.-208 с. 5) А.с. 1106061 СССР. Реакторная установка для изучения кинетических параметров энергоаккумулирующих веществ / Л. Ф. Козин, В. А. Сахаренко (СССР). Зарегистрировано 01.04.1984. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601