Спосіб отримання водню

1. Спосіб отримання водню, що включає взаємодію активованого алюмінію з водою, який відрізняється тим, що використовують сплав алюмінію з вмістом вісмуту 3% та цинку 1,5-5,0 мас. %. 3 1,50г, з площею поверхні 3,8·10-4м2, зразки запаювали під аргоном в скляні ампули спеціальної формі. Для проведення експерименту ампулу з активованим алюмінієм встановлювали в реактор з пристроєм для розкриття ампул [7]. В реактор заливали 0,070л води при цьому вільний об'єм в реакторі становив 0,030л. Після герметизації, температуру реактора підвищували до заданої, ампулу зі сплавом роздавлювали за долі секунди, призводячи активований алюміній до контакту з водою при заданій температурі і за допомогою датчика тиску ДТ-200Г та самописця КСП-4 фіксували зміну тиску в робочій камері реактора. З одержаних кінетичних кривих Р-t розраховували об'єм виділеного водню в залежності від часу експерименту, приводили його до нормальних умов та будували кінетичні криві (Vo/S, л/м2÷t, хв.) і розраховували залежність виділеного об'єму водню від часу для різних температур. Отримані результати при температурах 275; 300 та 325 °С наведені в табл.1. Як видно, з даних табл.1, алюміній, активований вісмутом 3,0% та цинком 1,5%мас., при наведених температурах розчинюється в воді з виділенням 2333л/м2 водню за 2,80; 1,70; та 1,10хв. При цьому об'єм виділеного водню до площі поверхні зразка за 1,10хв взаємодії алюміній-вісмутцинкового сплаву (Al-95,5; Bi-3,0; Zn-1,5%мас.) з водою при 275; 300 та 325°С дорівнює 1744; 1864; та 2333лН2/м2. Середня швидкість виділення водню на протязі реакції при 275; 300 та 325°С становить 987; 1625 та 2512л/м2·хв відповідно. Причому максимальна швидкість виділення водню при тих же температурах становить 3187; 3362 та 4936лН2/м·хв., яка проявляється на початку реакції із-за відсутності періоду індукції. Приклад 2. Для отримання сплаву з вмістом (мас.%) алюмінію 94,0, вісмуту 3,0, цинку 3,0 в розтоплений в атмосфері аргону при температурі ≥660 °С алюміній масою 20,0000г вводять 0,6383г вісмуту та 0,6383г цинку. Після повного розчинення компонентів сплаву температуру підвищують до 1100°С при інтенсивному перемішуванні сплаву механічною мішалкою. Далі чинять так, як описано в прикладі 1. Отримані результати приведені в табл. 2 Як видно, з даних табл. 2, алюміній, активований вісмутом 3,0% та цинком 3,0%мас. при наведених температурах розчинюється в воді з виділенням 2333л/м2 водню за 3,95; 2,60; 2,40 і 1,20хв. При цьому кількість виділеного водню до площі поверхні зразка за 1,20хв взаємодії алюмінійвісмут-цинкового сплаву (Al-94,0; Bi–3,0; Zn3,0%мас.) з водою при 250; 275; 300 та 325°С дорівнює 769; 1598; 1962; та 2333лН2/м2. Середня швидкість виділення водню на протязі реакції при 250; 275; 300 та 325°С становить 1469; 1063; 1151 та 2303л/м2·хв відповідно. Причому максимальна швидкість виділення водню при тих же температурах становить 2109; 3368; 4358 та 6505лН2/м·хв. 45778 4 При 250 °С максимальна швидкість виділення водню досягає за проміжок часу (t) рівний 0,7хв, при 275; 300 та 325°С максимальна швидкість виділення водню проявляється на початку реакції із-за відсутності періоду індукції. Приклад 3. Отримання сплаву з вмістом мас.% алюмінію 92,0, вісмуту 3,0, та цинку 5,0 проводили наступним чином. В розтоплений в атмосфері аргону при температурі ≥660°С алюміній масою 20,0000г вводять 0,6522г вісмуту та 1,0870г цинку. Після повного розчинення компонентів сплаву температуру підвищують до 1100 °С при енергійному перемішуванні сплаву механічною мішалкою. Далі чинять так, як описано в прикладі 1. Отримані результати приведені в табл.3. Як видно, з даних табл.3, алюміній, активований вісмутом 3,0 та цинком 5,0%мас. при наведених температурах розчинюється в воді з виділенням 2333л/м2 водню за 3,00; 1,80; 1,30 та 1,10хв. При цьому об'єм виділеного водню до площі поверхні зразка за 1,10хв взаємодії алюміній-вісмутцинкового сплаву (Al-92,0; Bi-3,0; Zn-5,0%мас.) з водою при 250; 275; 300 та 325°С становить 916; 1984; 2296; та 2333лН2/м2. Середня швидкість виділення водню на протязі реакції при 250; 275; 300; 325°С становить 1676; 1835; 2126 та 2512л/м2·хв відповідно. Причому максимальна швидкість виділення водню при тих же температурах дорівнює 2295; 3812; 6753 та 8459лН2/м·хв. При 250°С максимальна швидкість досягає за проміжок часу (t) рівний 0,5хв, при 275; 300 та 325°С вона проявляється на початку реакції із-за відсутності періоду індукції. Корисне використання алюмінію 100%. Вміст домішок у водні (азоту, кисню та інш.) менше 1·10-6%. Співставлення експериментальних даних. В табл.4 наведено значення максимальних швидкостей виділення водню з води сплавами запропонованих систем, а саме 1) Аl 95,5%мас. Bi 3,0%мас. Zn 1,5%мас; 2) Аl 94,0%мас. Bi 3,0%мас. Zn 3,0% мас; 3) Аl 92,0%мас. Bi 3,0%мас. Zn 5,0%мас, та сплавом відомої системи Аl 97,0%мас. Bi 3,0%мас. [3]. В табл.5 співставленні значення максимальних швидкостей виділення водню при взаємодії з водою сплавами активованого алюмінію запропонованих систем, а саме 1) Аl 95,5%мас. Bi 3,0%мас. Zn 1,5%мас.; 2) Al 94,0%мас. Bi 3,0%мас. Zn 3,0%мас.; 3) Аl 92,0%мас. Bi 3,0%мас. Zn 5,0%мас., зі сплавом відомої системи Аl 97,0%мас. Bi 3,0%мас. Як видно з даних табл. 4 та 5, розроблені нові сплави активованого алюмінію виділяють водень із води з більшою в 1,54-2,08 раз швидкістю ніж відомій сплав алюмінію з металом-активатором вісмутом. Це пов'язано з тим, що запропоновані сплави містять окрім відомого метала-активатора вісмуту (3,0%мас.) такий новий метал-активатор, як цинк (1,5-5,0%мас.). 5 45778 6 Таблиця 1 Залежність об'єму виділеного водню при взаємодії з водою 1,5г, алюмінію активованого 3,0%мас. вісмуту та 1,5%мас. цинку при температурі 275-325°С Час, хвилини 275 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,40 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50 1,70 2,15 2,45 2,80 0 133 256 367 475 576 673 858 1031 1318 1544 1744 1902 2020 2098 2211 2260 2333 Температура °С 300 325 Об'єм виділеного водню до площі поверхні, V/S, л/м2 0 0 140 209 276 400 398 578 513 751 620 911 720 1067 909 1367 1087 1644 1398 2060 1653 2267 1864 2333 2058 2222 2333 Таблиця 2 Залежність об'єму виділеного водню при взаємодії з водою 1,5г, алюмінію активованого 3,0%мас. вісмуту та 3,0%мас. цинку при температурі 250-325°С Час, хвилини 250 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,60 0,80 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 3,05 3,50 3,95 0 3 13 27 47 310 455 769 930 1097 1260 1430 1589 1738 1876 2121 2268 2333 Температура °С 275 300 Об'єм виділеного водню, V/S, л/м2 0 0 142 184 267 344 367 478 462 600 989 1269 1233 1556 1598 1962 1747 2098 1873 2189 1984 2247 2084 2289 2176 2318 2253 2333 2333 325 0 273 473 624 760 1500 1763 2333 7 45778 8 Таблиця 3 Залежність об'єму виділеного водню при взаємодії з водою 1,5г, алюмінію активованого 3,0%мас. вісмуту та 5,0%мас. цинку при температурі 250-325°С Час, хвилини 250 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,55 1,80 2,10 2,40 2,70 3,00 0 11 33 64 104 147 191 376 558 738 916 1091 1309 1522 1773 2000 2111 2333 Т°С 275 Об'єм виділеного водню, 0 162 313 451 584 709 822 1227 1556 1804 1984 2133 2249 2333 300 V/S, л/м2 0 284 567 831 1047 1244 1422 1918 2151 2251 2296 2333 325 0 358 719 1020 1288 1504 1690 2156 2284 2307 2333 Таблиця 4 Значення максимальних швидкостей виділення водню при взаємодії з водою запропонованих систем, а саме 1) Аl 95,5 - Bi 3,0 - Zn 1,5%мас.; 2) Аl 94,0 - Bi 3,0 - Zn 3,0%мас.; 3) Аl 92,0 - Bi 3,0 - Zn 5,0%мас. та відомої системи Аl 97,0 Bi 3,0%мас, при температурах 250-325°С Сплав Склад мас.% Запропонований Відомий Аl 95,5 Bi 3,0 Zn 1,5 Аl 94,0 Bi 3,0 Zn 3,0 Аl 92,0 Bi 3,0 Zn 5,0 Аl 97,0 Bi 3,0 Максимальна швидкість виділення водню при температурах 250-325°С взаємодії сплаву з водою 250°С 275°С 300°С 325°С 2747 3833 5622 2109 3368 4358 6505 2295 3812 5871 8459 2475 3042 4074 Таблиця 5 Співставлення максимальних швидкостей виділення водню при взаємодії з водою сплавами запропонованих систем, а саме 1) Аl 95,5%мас. Bi 3,0%мас. Zn 1,5%мас; 2) Аl 94,0%мас. Bi 3,0%мас. Zn 3,0%мас.; 3) Аl 92,0%мас. Bi 3,0%мас. Zn 5,0%мас., з максимальними швидкостями виділення водню при взаємодії з водою відомого сплаву системи Аl 97,0%мас. Bi 3,0%мас., при температурах 275-325°С Запропонована Відома vmax Al 95,5 Bi 3,0 Zn 1,5%мас. vmax Al 97,0 Bi 3,0%мас. vmax Al 94,0 Bi 3,0 Zn 3,0%мас. vmax Al 97,0 Вi 3,0%мас. vmax Al 92,0 Bi 3,0 Zn 5,0%мас. vmax Al 97,0 Bi 3,0%мас. Відношення максимальної швидкості виділення водню запропонованої системи, до відомої при температурах 275-325°С 275°С 300°С 325°С 1,11 1,26 1,38 1,36 1,43 1,60 1,54 1,93 2,08 9 45778 Джерела інформації, прийняті до уваги при написанні заявки: 1. Авторское свидетельство СССР №618920 Кл. CO 1B 1/07. 14.04.78. 2. http://www.infogeo.ru/metalls/price. 3. Патент України №35192. МПК С01В 3/012. Спосіб одержання водню //С.В. Волков, Л.Ф. Козін, С.Г. Гончаренко, Б.І. Данільцев. 4. http://www.infogeo.ru/metalls/price/?act=show &okp=172700&vid=999&sort=data Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 10 5. http://www.infogeo.ru/metalls/price/?act=show &okp=l72100&vid=l9&sort=data. 6. Ниженко В.И., Флока Л.И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов: [Справочник]. - М: Металлургия, 1981. - 208с. 7. 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 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601