Получение водорода с использованием нанопорошка алюминия


Для ряда важных применений в гражданской и военной области необходимы мобильные источники энергии. Техническое решение этой проблемы м.б. основано на применении энергоаккумулирующих веществ с хемотермическим эффектом, в частности использование генераторов водорода работающих на эффекте саморазогрева электровзрывных наночастиц алюминия (ALEX) в воде.

Из результатов [1 - 7] следует, что при взаимодействии с водой одного килограмма электровзрывного нанопорошка алюминия выделяется 1244,5 л водорода, который при сжигании дает 13,43 МДж тепла. Эффективность такого процесса получения водорода выше, чем в случае электролиза - окисление нанопорошка алюминия протекает на 100 %, т. е. применяемый материал используется полностью.

Данные [1 - 7] показывают, что особенности теплового режима процесса взаимодействия нанопорошков алюминия с водой приводят к появлению новых эффектов, которые не были известны для реакции с участием крупных порошков алюминия. В первую очередь -
это эффект саморазогрева наночастиц до температур, превышающих температуру окружающей воды на сотни градусов.

При использовании промышленного порошка алюминия микронного размера скорость выделения водорода составляет лишь 0,138 мл в секунду на 1 г порошка. При этом в конечный продукт - смесь оксидов и гидроксидов алюминия - превращается только 20...30 % исходного порошка. Исследования, показали, что нанопорошок алюминия по своей реакционной способности превосходят обычные промышленные порошки микронного размера. В то же время, скорость выделения водорода при взаимодействии нанопорошка алюминия с дистиллированной водой при 60 °С составляет 3 мл в секунду на 1 г порошка, при 80 °С - 9,5 мл в секунду на 1 г порошка, что превышает скорость выделения водорода при гидротермальном синтезе приблизительно в 70 раз. Другим преимуществом использования нанопорошка в данной реакции является то, что степень превращения алюминия составляет 98...100 % (в зависимости от температуры). Более того, введение в дистиллированную воду даже незначительных количеств щелочи приводит к значительному возрастанию скорости реакции: при увеличении рН раствора до 12 скорость выделения водорода возрастает до 18 мл в секунду на 1 г порошка при 25 °С. Скорость выделения водорода при растворении алюминия микронного размера в растворе, содержащем 8 г/л NaOH, при этой же температуре, составляет лишь 1 мл в секунду на 1 г порошка. Приведенные данные показывают, что электровзрывные нанопорошки алюминия, в отличие от компактного алюминия и крупных промышленных порошков, взаимодействуют с водой с большой скоростью и степенью превращения ~100 % и именно их применение позволит получать водород с достаточной скоростью при обычных условиях.

Литература

1. Проскуровская Л.Т. Физико-химические свойства электровзрывных ультрадисперсных порошков алюминия: Дис....к.х.н. - Томск, 1988. - 155 с.

2. Ильин А.П., Громов А.А. Горение алюминия и бора в сверхтонком состоянии. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. - 154 с.

3. Ляшко А.П. Особенности взаимодействия с водой и структура субмикронных порошков алюминия. Дисс. ... к.т.н. - Томск, 1988. - 178 с.

4. Годымчук А.Ю., Ильин А.П., Астанкова (Зыкова) А.П. Окисление нанопорошка алюминия в жидкой воде при нагревании// Известия ТПУ. 2007. Т. 310. №1. С.102-104.

5. Астанкова (Зыкова) А.П., Ильин А.П., Годымчук А.Ю. Влияние горячего водорода на процесс кипения воды// Известия ТПУ. 2007. Т. 310. №3. С.73-77.

6. Астанкова (Зыкова) А.П., Годымчук А.Ю., Громов А.А., Ильин А.П. О кинетике саморазогрева в реакции нанопорошка алюминия с жидкой водой// Журнал физической химии, 2008, Т. 82, №9, с. 1-9.
Мы предлагаем нашим партнерам:
  • Индивидуальный подход к заказу
  • Научно-технологическое сотрудничество
  • Систему скидок
  • Доставку продукции
Новости
4 Апреля 2019 Компания «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» успешно выполнила работы по третьему этапу проекта «НТИ - Развитие» (www.fasie.ru)
На третьем этапе выполнения проекта разработаны методы изготовления гранулированных термопластичных материалов на основе микро- и наночастиц сплавов 03Х17Н14М3, Ti-Al, ВТ-6, ВНЖ-90 и Al2O3 (фидстоков) и исследованы их физико-химические характеристики. Для получения гранулированных материалов на основе микро- и наночастиц сплава 03Х17Н14М3 выбран комбинированный метод, включающий получение мелкого гранулята обработкой частиц со структурой ядро-оболочка раствором полимеров и совмещение мелкого гранулята с расплавом полимеров. Для получения гранулированных материалов на основе микро- и наночастиц сплавов ВТ-6, Ti-Al, ВНЖ-90 и Al2O3 выбран метод введения частиц ядро-оболочка в расплав полимеров. Определены режимы формования сложнопрофильных деталей из гранулированных материалов и исследованы их механические характеристики. Установлено, что по микротвердости, пределу прочности при растяжении и изгибе образцы сложнопрофильных деталей близки характеристикам соответствующих объемных материалов.
Разработка методов изготовления гранулированных материалов на основе микро- и наночастиц сплавов 03Х17Н14М3, Ti-Al, ВТ-6, ВНЖ-90 и Al2O3, а также литье под давлением сложнопрофильных деталей с требуемыми механическими характеристиками позволяет приступить к выполнению следующего этапа работ - разработке лабораторного технологического регламента получения гранул из частиц со структурой ядро-оболочка, наработке и исследованию гранулированных материалов. Проект выполняется при поддерже Фонда содействия инновациям (www.fasie.ru).
21 Ноября 2018 Компания "ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" индустриальный партнер проекта
ООО «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» индустриальный партнер ИФМП СО РАН по проекту ПНИ по теме: «Разработка и создание нового поколения бимодальных металлопорошковых композиций на основе нано- и микрочастиц жаропрочных, жаростойких, коррозионностойких сплавов для аддитивных технологий синтеза деталей сложных систем» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» в рамках Соглашения 14.604.21.0158.
В настоящее время завершается выполнение второго этапа проекта "Определение условий синтеза бимодальных порошков на основе нано- и микрочастиц жаропрочных, жаростойких, коррозионностойких сплавов для аддитивных технологий синтеза деталей сложных систем». Успешно выполнены работы:
•    Установлены электрофизические параметры получения бимодальных порошков сплавов ХН70Ю, ХН60ВТ и 316L.
•    Исследованы физико-химические и технологические характеристики экспериментальных образцов бимодальных порошков жаропрочных, жаростойких, коррозионностойких сплавов для аддитивного изготовления деталей сложных систем.
•     Исследована возможность использования бимодальных порошков для аддитивного изготовления деталей сложной пространственной структуры методом селективного лазерного плавления.
•    Разработан метод микрокапсуляции бимодальных порошков органическими соединениями для создания защитного слоя на поверхности частиц. Микрокапсуляция препятствует окислению бимодальных порошков, способствует увеличению скорости спекания образцов и позволяет получать изделия с плотностью, близкой к теоретической плотности сплавов.