Mg3RE基氢化物水解性能及合金元素Ni、Al对其水解性能的影响

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MgH2水解制氢,纯度高,无污染,但是反应过程形成的钝化层阻碍水解的进一步,使得反应难以完全进行,产率低。为了克服MgH2的这些缺点,本文对国内外水解制氢的研究进展进行综述,研究了Mg3RE基氢化物(H-Mg3RE)的水解性能并着重探讨了Ni、Al对Mg3RE合金水解性能的影响。本文所用合金采用感应熔炼法制备,将制备的Mg3RE合金、Mg3RENi0.1合金和Mg3RENi0.1Al0.1合金进行氢化并使其饱和吸氢,然后在常温下水解;运用X射线衍射(XRD)、能谱(EDX)分析等手段,研究了加入Ni、Al后的Mg3RE合金球磨后的微观结构,同时研究了相应的氢化过程和水解过程的反应机理;测定了H-Mg3RE水解产氢量,并对水解动力学做了初步的分析。研究表明,Mg3RE合金球磨后仍然保持其原来的相不变,Mg3RENi0.1以Mg3RE(D03结构)为基本相,形成少量的REMg2Ni,或者少量的RE2Mg17;Mg3RE基合金氢化后的产物都为MgH2和REH23。Mg3Nd氢化物(H-Mg3Nd)水解反应不完全,有Nd2H5残余,Mg3CeNi0.1氢化物(H- Mg3CeNi0.1)水解产物为Mg(OH)2和CeO2,其余Mg3RE氢化物的水解产物为Mg(OH)2和RE(OH)23。Mg3RE氢化物在常温下发生水解反应,在前5分钟,Mg3Mm合金氢化物(H-Mg3Mm)的水解反应速度最快,达到131ml/(g.min),H-Mg3Nd合金的水解反应速度最慢,只有82ml/(g.min)。H-Mg3Mm的水解产氢量最大,达到1039ml/g。从反应机制来看,Mg3La合金氢化物(H-Mg3La)、Mg3Pr合金氢化物(H-Mg3Pr)和H-Mg3Nd的水解反应机制为三维表面反应机制,Mg3Ce合金氢化物(H-Mg3Ce)和H-Mg3Mm的水解反应机制为一维扩散反应机制,一维扩散反应机制的水解性能优于三维表面反应机制。添加Ni元素后,Mg3RENi0.1氢化物(H-Mg3LaNi0.1、H-Mg3CeNi0.1、H-Mg3PrNi0.1、H-Mg3NdNi0.1和H-Mg3MmNi0.1)在常温298K下的水解产氢量分别达到9.05 wt%,9.71 wt% ,8.52 wt%,7.49 wt%和8.48 wt%。在前5分钟,H-Mg3MmNi0.1合金的水解反应速度最快,H-Mg3CeNi0.1的最后产氢量最大。从反应机制看,Ni的加入使得H-Mg3RENi0.1在常温298K下的水解反应都是一维扩散反应控制机制。继续添加Al到Mg3LaNi0.1,Mg3LaNi0.1Al0.1合金氢化物(H-Mg3LaNi0.1Al0.1)水解反应前5分钟产氢速率最快,达到120 ml/g·min。而H-Mg3LaNi0.1的水解产氢量最高,达到1024ml/g。由于Ni和Al的加入,水解反应控制机制由H-Mg3La的三维表面反应机制变为H-Mg3LaNi0.1和H-Mg3LaNi0.1Al0.1合金的一维扩散反应控制机制。
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