Водород из алюминия.
При грубом расчете /в патенте в конце статьи/ 100 грамм гранулированного алюминия дает 0,125 м3 водорода,что по энергии сгорания эквивалентно 300 грамм бензина. Это без затрат на катализаторы.
Кстати. 1 литр воды при электролизе дает 1866 литров горючего газа Брауна. Это 1234,44 л водорода 604,69 л кислорода итого 1864,5 литров. То есть чисто по водороду 1 литр воды несёт 120 МДж/кг или 12,7 МДж/м3 умножить на 1,2 м3 равняецца 14 МДж энергии, как 0,5 литра бензина.
Не пойму! В одних источниках фигурирует теплотворность водорода 120 МДж на КИЛОГРАММ, а в других НА ЛИТР, а плотность водорода В 10 РАЗ легче килограмма. То есть данные отличаюцца НА ОДИН ПОРЯДОК!
И у меня такое впечатление, что это творят исключительно с водородом. Возможно, что бы запутать расчёты по водородному топливу...
"При сжигании водорода выделяется большое количество тепловой энергии 142,868 МДж/кг. Кстати теплота сгорания бензина 44 МДж/кг при плотности 0,7 кг/дм3. Тогда 1 литр даст 30 МДж/литр.
=====
Теплотворная способность водорода - 120.9 МДж/кг (10840 КДж/м3), природного газа в среднем — 37300 КДж/м3.
Плотность водорода 0.0897 кг/м3, природного газа в среднем — 0.765 кг/м3.
Википедия кричит, что теплотворность водорода 141 МДж на КИЛОГРАММ!
И тут же - Плотность водорода 0,08987 г/л (н. у.), температура кипения ;252,76 °C, удельная теплота сгорания 120 МДж/кг,
======
Т.е. HHO - существует и его ну оооочень много, потому что это простая вода...
Кстати, если уж ты написал, то:
1. Не водородная кислота, а гидроксильная кислота
2. И уж тем более не спирт, а гидроксид водорода.
Наиболее опасны околостехиометрические смеси, где на один моль кислорода приходится два моля водорода, то есть, с учётом того, что в воздухе соотношение кислорода и азота по объёму составляет примерно 1:3,76, объёмное соотношение водорода с воздухом в гремучем газе в стехиометрическом соотношении составляет 2:4,76 ; 0,4. Однако гремучий газ способен гореть в широком диапазоне концентраций водорода, от 4 — 9 объёмных процентов в бедных смесях до 75% в богатых смесях, приблизительно в этих же пределах он способен и детонировать.
Температура горения газа Брауна (2235 °C) ниже, чем ацетилена (2620 °C).
Теплота образования воды при газообразной воде 242 кДж/моль = 13,44 МДж/кг
======::
30.08.2007
Ученые из США предложили способ получения водорода из воды за счет химической реакции
Есть такой школьный опыт: в соляную кислоту бросают кусочки цинка и собирают образующийся в результате реакции водород. Алюминий более реакционноспособен, чем цинк. Он может освободить водород даже из такой слабой кислоты, как вода. Однако никогда этого не делает, потому что покрывается пленкой оксида, которая препятствует дальнейшей реакции.
«Еще в 1967 году я нашел способ, как избавиться от такой пленки: для этого нужно использовать сплав из алюминия с галлием, - говорит профессор Джерри Вудал из Университета Пэрдью (США). – Сейчас мы решили применить полученные тогда знания для совершенно нового подхода к водородной энергетике».
Во время проведения опытов, ученые сначала быстро охлаждали капли алюминий-галлиевого расплава. В результате получались частицы, на две трети состоявшие из галлия, которые отлично реагировали с водой, выделяя водород. Последующие опыты показали, что уменьшив скорость охлаждения можно получать частицы, на 80% состоящие из алюминия. Они вполне стабильны в сухом воздухе, а с водой реагируют вполне охотно. В результате процесса остается оксид алюминия и галлий. Их можно разделить, отправив первый в переработку, а второй вернув в процесс. Это очень важно, поскольку галлий стоит дорого. В тоже время, для подобного разложения воды не нужен сверхчистый галлий, применяемый в микроэлектронике. А грязный галлий гораздо дешевле.
Полученный водород автор работы предлагает использовать непосредственно в двигателе внутреннего сгорания. «Давайте посчитаем, - говорит профессор Вудал. – переработка одного фунта оксида алюминия в металл стоит 20 центов. Значит, чтобы получить столько водорода, чтобы проехать на машине с двигателем внутреннего сгорания 350 миль, нужно затратить на алюминий 70 долларов. То же расстояние при езде на бензине по цене 3,30$ за галлон обойдется в 66 долларов. Почти одно и тоже. А поставив топливный элемент с кпд 50%, получаем, что топливо на эту поездку обойдется всего в 28 долларов. В США достаточно алюминия, чтобы выработать таким способом 100 триллионов киловатт-час энергии. А запасов грязного галлия по цене 10 долларов за фунт хватит? чтобы оснастить алюминий-галлиевыми генераторами водорода более миллиарда машин. Самое главное. Что нет проблем с хранением и перевозкой водорода: залил воду в бак и поехал.
С водой алюминий вступает в реакцию окисления, в результате которой выделяется водород и тепловая энергия, а алюминий переходит в форму оксида.
2Al + 3H2O --> 3H2 + Al2O3 + Q
Из школьного курса химии каждому должно быть известно, что алюминий — чрезвычайно активный металл и легко вступает в реакцию с водой, высвобождая водород в ходе собственного окисления. Однако использование алюминия в быту, и особенно в качестве посуды для приготовления пищи, абсолютно безопасно, так как на поверхности алюминия всегда есть тончайшая, но очень прочная и инертная оксидная пленка Al2O3, из-за которой заставить алюминий вступить в реакцию с водой не так уж и легко.
Дело в том, что смесь металлов при затвердевании не формирует однородного твердого раствора из-за различий в строении кристаллических решеток металлов, кроме того, формирующийся сплав имеет довольно низкую температуру плавления. В результате конечный сплав формируется при остывании из расплава в виде смеси двух независимых фаз — алюминия и сплава галлия, индия и олова, вкрапленных в толщу материала в виде микроскопических кристаллитов.
=========::
20 февраля 2008, 12:18 Наука
Водородная энергетика становится реальной
Найден экономически оправданный способ получения водорода
Алексей Петров
Учёные нашли экономически выгодный способ производства водорода из воды в произвольных количествах. Они заставили алюминий вступать в реакцию с водой, научившись избавлять его с помощью специального сплава от защитной оксидной плёнки. Восстанавливать металл из оксида выгоднее, чем из алюминиевой руды.
Пока весь мир разрабатывает топливные элементы и говорит о водородной энергетике будущего, скептики не устают повторять, что до сих пор у человечества не существует дешевого способа получения водорода. Современным методом получения является электролиз воды, однако для его осуществления в глобальных масштабах потребуется уйма электричества.
Основные надежды человечество возлагает на проект термоядерного синтеза, который должен открыть людям неисчерпаемый источник энергии, однако прогнозировать дату вступления первого токамака в строй до сих пор никто не берется. Кроме того, ученые пытаются приспособить бактерии для выработки водорода из пищевых и промышленных отходов, а еще пытаются имитировать процесс фотосинтеза, разделяющий воду на водород и кислород в растениях. Все эти методы пока еще очень далеки от промышленной реализации.
Американские ученые, похоже, научились получать водород в больших количествах при реакции алюминия с водой.
Разработчики из Университета Пердью создали новый сплав металлов, обогащенный алюминием, который может быть весьма эффективен в процессе выработки водорода. Использование этого сплава, кроме прочего, экономически оправдано, и такой метод может уже в скором времени составить конкуренцию современным видам топлива, используемым в транспортной и энергетической индустрии.
Искусственный фотосинтез стал ближе
Ученые из Пенсильванского университета создали прототип устройства, использующего солнечный свет для прямого разложения воды на водород и кислород.
Как говорит Джерри Вудолл, профессор университета и инициатор работ, его инновация может найти применение во всех сферах — как в мобильных устройствах для выработки энергии, так и в больших промышленных установках.
Новый сплав на 95% состоит из алюминия, а на оставшиеся 5% — из сложного сплава галлия, индия и олова. Хотя галлий и является очень редким и дорогим элементом, его количества в сплаве настолько малы, что стоимость сплава, и особенно стоимость его эксплуатации, может быть коммерчески выгодной.
При внесении этого сплава в воду алюминий вступает в реакцию окисления, в результате которой выделяется водород и тепловая энергия, а алюминий переходит в форму оксида.
2Al + 3H2O --> 3H2 + Al2O3 + Q
Из школьного курса химии каждому должно быть известно, что алюминий — чрезвычайно активный металл и легко вступает в реакцию с водой, высвобождая водород в ходе собственного окисления. Однако использование алюминия в быту, и особенно в качестве посуды для приготовления пищи, абсолютно безопасно, так как на поверхности алюминия всегда есть тончайшая, но очень прочная и инертная оксидная пленка Al2O3, из-за которой заставить алюминий вступить в реакцию с водой не так уж и легко.
Сплав индия, галлия и олова является критическим компонентом для технологии Вудолла: он препятствует образованию этой оксидной пленки и позволяет алюминию количественно вступить в реакцию с водой.
Кроме водорода ценным продуктом реакции является и тепловая энергия, которая также может быть использована. Оксид алюминия и более инертный сплав галлия, индия и олова может быть впоследствии восстановлен в ходе известного промышленного процесса, таким образом, замкнутый цикл может снизить стоимость выработки энергии, в пересчете на отечественные деньги, до менее чем 2 рублей за киловатт-час.
Заслуга химиков-технологов в том, что они не только смогли проделать титаническую работу по подбору химического состава алюминиевого сплава, но и научились контролировать его микроструктуру, которая и является ключом к функционализации материала.
Микроструктура металлов
строение металла, выявляемое с помощью микроскопа (оптического или электронного).
Дело в том, что смесь металлов при затвердевании не формирует однородного твердого раствора из-за различий в строении кристаллических решеток металлов, кроме того, формирующийся сплав имеет довольно низкую температуру плавления. В результате конечный сплав формируется при остывании из расплава в виде смеси двух независимых фаз — алюминия и сплава галлия, индия и олова, вкрапленных в толщу материала в виде микроскопических кристаллитов.
Именно такая двухфазная композиция и определяет способность алюминия в данном сплаве вступать в реакцию с водой при нормальных условиях, а потому является критичной для всей технологии.
Кроме того, как оказалось, данный материал может быть получен в двух разных формах в зависимости от способа охлаждения расплавленной смеси металлов. Судя по всему, при быстром охлаждении (закалке) кристаллическая структура раствора не успевает перестроиться, в результате чего образец на выходе получается практически однофазным. Сплав Вудолла в такой форме не вступает в реакцию с водой до тех пор, пока не будет смочен расплавленной смесью галлия, индия и олова.
Однако обнаружив способность такого смоченного материала вступать в реакцию с водой при нормальных условиях, ученые изрядно воодушевились и спустя некоторое время обнаружили способность расплава, обогащенного алюминием, кристаллизоваться при медленном охлаждении в двухфазной форме. Такой материал способен вступать в реакцию с водой уже без участия жидкого сплава галлия, индия и олова. Как полагают ученые, определяющим фактором в препятствии для образования пленки оксида на поверхности материала является микроструктура материалов на поверхности раздела между двумя фазами, образующими материал.
=======
Галлий
(Gallium) Ga, химический элемент 13-й (IIIa) группы периодической системы, атомный номер 31, атомная масса 69,72. Галлий – типичный рассеянный элемент, иногда его также относят и к редким. В природе галлий, в основном, тяготеет к...
В данный момент ученые озабочены технологической задачей брикетирования своего сплава для повышения удобства его использования. Так, брусочек алюминиевого сплава может быть помещен в реактор, размеры которого определяются необходимым количеством водорода, и выдать ровно столько водорода, сколько нужно в том месте и в то время, когда это необходимо. Такая технология, будучи доведенной до логического конца, снимет еще две насущные проблемы водородной энергетики (помимо собственно получения водорода из воды), а именно, хранение водорода и его транспортировку.
Сплав индия, галлия и олова является инертным компонентом и не участвует в реакции, так что после окончания реакции может быть использован заново практически без потерь.
Оксид алюминия также является очень удобной субстанцией для проведения его электрохимического восстановления в соответствии с процессом Холла-Эру, повсеместно используемого в алюминиевой промышленности в настоящее время:
2Al2O3 + 3С = 4Al + 3CO2
По словам учёных, восстановление алюминия из оксида, получающегося при производстве водорода, даже дешевле, чем его стандартное производство из бокситов, хотя полный цикл из алюминия в алюминий, разумеется, затратен — вечный двигатель учёные создавать не собирались.
В принципе, для внедрения технологии Вудолла, пока еще не описанной в научных публикациях, не требуется новых инноваций — необходимо лишь наладить инфраструктуру доставки сплава к конечному потребителю и организовать процесс его восстановления с использованием хорошо освоенных промышленностью методов получения металлического алюминия.
Алюминий является самым распространенным металлом на Земле. Кроме того, побочным продуктом разработки бокситных руд — минералов, содержащих алюминий, является как раз галлий — самый ценный компонент сплава Вудолла.
Сам ученый, награжденный в прошлом высшей наградой в области технологии в США, отмечает наряду с проблемами чисто экономического характера и необходимость проведения дополнительных экспериментов по влиянию состава и в особенности микроструктуры на поверхности раздела фаз в новом материале на его свойства. Такие работы вполне могут позволить в будущем перейти к использованию более дешевых и доступных металлов, чем галлий.
=======*****
Дальнейшая инфо, КАК Я, =GrafBorisfen= севодня 17.11.2021 ЛИЧНО считаю, являецца специально усложняемым элементом-ключом для ЗАМЫКАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НОУХАУ, ибо если фсем открыто заявить о химической простоте явления, то это будет означать немедленный крах бензиновой индустрии. Тем не менее ознакомимся...
=========
Продолжение статьи 2009 года...
Именно такая двухфазная композиция и определяет способность алюминия в данном сплаве вступать в реакцию с водой при нормальных условиях, а потому является критичной для всей технологии.
Кроме того, как оказалось, данный материал может быть получен в двух разных формах в зависимости от способа охлаждения расплавленной смеси металлов. Судя по всему, при быстром охлаждении (закалке) кристаллическая структура раствора не успевает перестроиться, в результате чего образец на выходе получается практически однофазным. Сплав Вудолла в такой форме не вступает в реакцию с водой до тех пор, пока не будет смочен расплавленной смесью галлия, индия и олова.
Однако обнаружив способность такого смоченного материала вступать в реакцию с водой при нормальных условиях, ученые изрядно воодушевились и спустя некоторое время обнаружили способность расплава, обогащенного алюминием, кристаллизоваться при медленном охлаждении в двухфазной форме. Такой материал способен вступать в реакцию с водой уже без участия жидкого сплава галлия, индия и олова. Как полагают ученые, определяющим фактором в препятствии для образования пленки оксида на поверхности материала является микроструктура материалов на поверхности раздела между двумя фазами, образующими материал.
Галлий
(Gallium) Ga, химический элемент 13-й (IIIa) группы периодической системы, атомный номер 31, атомная масса 69,72. Галлий – типичный рассеянный элемент, иногда его также относят и к редким. В природе галлий, в основном, тяготеет к...
В данный момент ученые озабочены технологической задачей брикетирования своего сплава для повышения удобства его использования. Так, брусочек алюминиевого сплава может быть помещен в реактор, размеры которого определяются необходимым количеством водорода, и выдать ровно столько водорода, сколько нужно в том месте и в то время, когда это необходимо. Такая технология, будучи доведенной до логического конца, снимет еще две насущные проблемы водородной энергетики (помимо собственно получения водорода из воды), а именно, хранение водорода и его транспортировку.
Сплав индия, галлия и олова является инертным компонентом и не участвует в реакции, так что после окончания реакции может быть использован заново практически без потерь.
Оксид алюминия также является очень удобной субстанцией для проведения его электрохимического восстановления в соответствии с процессом Холла-Эру, повсеместно используемого в алюминиевой промышленности в настоящее время:
2Al2O3 + 3С = 4Al + 3CO2
По словам учёных, восстановление алюминия из оксида, получающегося при производстве водорода, даже дешевле, чем его стандартное производство из бокситов, хотя полный цикл из алюминия в алюминий, разумеется, затратен — вечный двигатель учёные создавать не собирались.
В принципе, для внедрения технологии Вудолла, пока еще не описанной в научных публикациях, не требуется новых инноваций — необходимо лишь наладить инфраструктуру доставки сплава к конечному потребителю и организовать процесс его восстановления с использованием хорошо освоенных промышленностью методов получения металлического алюминия.
========
Новый способ получения водорода из воды может быстро найти практическое применение.
Естественные науки Химия 81
22.05.2007, ВТ, 19:51, Мск
Исследователи из университета Пердью разработали очень простой способ получения водорода из воды с помощью металлического сплава, состоящего из алюминия и галлия. Способ изобрел профессор Джерри Вудолл (Jerry Woodall), который много лет назад занимался разработкой материалов для микроэлектроники.
Способ удивителен своей простотой. Для получения водорода не нужно сложного химического реактора или другого устройства - достаточно налить воды на поверхность гранулы металлического сплава, чтобы началась самопроизвольная реакция. Водород из сосуда, где происходит его выделение, поступает в двигатель внутреннего сгорания.
Разработанный прототип генератора водорода можно практически сразу использовать для портативных резервных генераторов, газонокосилок или ленточных пил. В принципе, после некоторой доработки его можно использовать и в двигателях легковых или грузовых автомобилей.
Очень привлекательным фактором нового газогенератора является то, что он выдает водород по мере необходимости в нем, а исходные компоненты реакции - сплав алюминия и вода - негорючие. Отпадает необходимость использовать сосуды под давлением для хранения водорода. Реакция не дает никаких вредных газов, загрязняющих окружающую среду.
В пресс-релизе американского университета нет подробного описания механизма реакции. Ясно лишь, что по сути это окислительно-восстановительная реакция с образованием водорода и оксида алюминия, а галлий играет двойственную роль - он предохраняет алюминий от преждевременного окисления с образованием на его поверхности оксидной пленки и одновременно дает ему возможность прореагировать с водой, когда она появляется.
Галлий сам в реакции не участвует, так что его можно собирать и делать из него новый сплав с алюминием, что делается совсем просто - порошок алюминия растворяется в галлии, который плавится при очень невысокой (почти комнатной) температуре.
Реакция была открыта Вудоллом случайно еще в 1967 г. Трудно сказать, почему он вернулся к этой теме 40 лет спустя. Сейчас продвижением проекта занимается молодая компания AlGalCo LLC, которая получила исключительные права от изобретателя.
Будущее покажет, сможет ли новый генератор водорода конкурировать с бензином. При нынешней цене на алюминий чуть более $2 за килограмм 500-километровая поездка обойдется в $60 (при условии возврата образующегося оксида алюминия для его последующей регенерации в металлический порошок путем электролиза или любым другим способом).
=====
https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=GdqYSm8kZq0
Реакция жидкого галлия и алюминия.
26 июн. 2015 г. В этом видео я покажу вам еще одно интересное свойство галлия - вступать в реакцию с алюминием. Жидкий галлий может создавать амальгамы с алюминием, тем самым разрушая его структуру. При этом сам алюминий становится очень хрупким и может быть разломан прямо в руках! Также, если такой сплав бросить в воду, он начнет выделять водород!
Thoisoi
=======
Га;ллий — элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы третьей группы) четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 31. Обозначается символом Ga (лат. Gallium). Относится к группе лёгких металлов. Простое вещество галлий — мягкий хрупкий металл серебристо-белого (по другим данным светло-серого) цвета с синеватым оттенком.
Для получения металлического галлия чаще используют редкий минерал галлит CuGaS2 (смешанный сульфид меди и галлия). Его следы постоянно встречаются со сфалеритом, халькопиритом и германитом[11]. Значительно бо;льшие его количества (до 1,5 %) были обнаружены в золе некоторых каменных углей. Однако основным источником получения галлия служат растворы глинозёмного производства при переработке боксита (обычно содержащие незначительные его примеси (до 0,1 %)) и нефелина. Галлий также можно получить с помощью переработки полиметаллических руд, угля. Извлекается он электролизом щёлочных жидкостей, являющихся промежуточным продуктом переработки природных бокситов на технический глинозём. Концентрация галлия в щелочном алюминатном растворе после разложения в процессе Байера: 100—150 мг/л, по способу спекания: 50—65 мг/л. По этим способам галлий отделяют от большей части алюминия карбонизацией, концентрируя в последней фракции осадка. Затем обогащённый осадок обрабатывают известью, галлий переходит в раствор, откуда черновой металл выделяется электролизом. Загрязнённый галлий промывают водой, после этого фильтруют через пористые пластины и нагревают в вакууме для того, чтобы удалить летучие примеси. Для получения галлия высокой чистоты используют химический (реакции между солями), электрохимический (электролиз растворов) и физический (разложение) методы. В очень чистом виде (99,999 %) он был получен путём электролитического рафинирования, а также восстановлением водородом тщательно очищенного GaCl3.
Физические свойства
Химические свойства Править
Химические свойства галлия близки к свойствам алюминия, но реакции металлического галлия, как правило, идут гораздо медленнее из-за меньшей химической активности. Оксидная плёнка, образующаяся на поверхности металла на воздухе, предохраняет галлий от дальнейшего окисления.
Галлий медленно реагирует с горячей водой, вытесняя из неё водород и образуя гидроксид галлия(III):
На практике же данная реакция не происходит из-за быстрого окисления поверхности металла.
{\displaystyle {\mathsf {2Ga+6H_{2}O\rightarrow 2Ga(OH)_{3}+3H_{2}\uparrow }}}{\mathsf {2Ga+6H_{2}O\rightarrow 2Ga(OH)_{3}+3H_{2}\uparrow }}
При реакции с перегретым паром (350 °C) образуется соединение GaOOH (гидрат оксида галлия или метагаллиевая кислота):
{\displaystyle {\mathsf {2Ga+4H_{2}O{\xrightarrow {^{o}t}}2GaOOH+3H_{2}}}}{\mathsf {2Ga+4H_{2}O{\xrightarrow {^{o}t}}2GaOOH+3H_{2}}}
Галлий взаимодействует с минеральными кислотами с выделением водорода и образованием солей:
На практике реакция происходит только с концентрированными минеральными кислотами и значительно ускоряется при нагревании.
{\displaystyle {\mathsf {2Ga+6HCl\rightarrow 2GaCl_{3}+3H_{2}\uparrow }}}{\mathsf {2Ga+6HCl\rightarrow 2GaCl_{3}+3H_{2}\uparrow }}
Продуктами реакции с щелочами и карбонатами калия и натрия являются гидроксогаллаты, содержащие ионы Ga(OH)4; и Ga(OH)63; :
{\displaystyle {\mathsf {2Ga+6H_{2}O+2NaOH\rightarrow 2Na[Ga(OH)_{4}]+3H_{2}}}}\mathsf{2Ga + 6H_2O + 2NaOH \rightarrow 2Na[Ga(OH)_4] + 3H_2}
Галлий реагирует с галогенами: реакция с хлором и бромом идёт при комнатной температуре, с фтором — уже при ;35 °C (около 20 °C — с воспламенением), взаимодействие с иодом начинается при нагревании.
При высоких температурах нагреванием в запаянной камере можно получить неустойчивые галогениды галлия(I) — GaCl, GaBr, GaI:
{\displaystyle {\mathsf {2Ga+GaI_{3}{\xrightarrow {^{o}t}}3GaI}}}{\mathsf {2Ga+GaI_{3}{\xrightarrow {^{o}t}}3GaI}}
Галлий не взаимодействует с водородом, углеродом, азотом, кремнием и бором.
При высоких температурах галлий способен разрушать различные материалы и его действие сильнее расплава любого другого металла. Так, графит и вольфрам устойчивы к действию расплава галлия до 800 °C, алунд и оксид бериллия BeO — до 1000 °C, тантал, молибден и ниобий устойчивы до 400—450 °C.
С большинством металлов галлий образует галлиды, исключением являются висмут, а также металлы подгрупп цинка, скандия, титана. Один из галлидов V3Ga имеет довольно высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние 16,8 K.
Галлий образует гидридогаллаты:
{\displaystyle {\mathsf {4LiH+GaCl_{3}\rightarrow Li[GaH_{4}]+3LiCl}}}{\mathsf {4LiH+GaCl_{3}\rightarrow Li[GaH_{4}]+3LiCl}}
Устойчивость ионов падает в ряду BH4; ; AlH4; ; GaH4;. Ион BH4; устойчив в водном растворе, AlH4; и GaH4; быстро гидролизуются:
{\displaystyle {\mathsf {[GaH_{4}]^{-}+4H_{2}O\rightarrow Ga(OH)_{3}+OH^{-}+4H_{2}\uparrow }}}{\mathsf {[GaH_{4}]^{-}+4H_{2}O\rightarrow Ga(OH)_{3}+OH^{-}+4H_{2}\uparrow }}
Галлийорганические соединения представлены алкильными (например, триметилгаллий) и арильными (например, трифенилгаллий) производными общей формулы GaR3, а также их галогеналкильными и галогенарильными аналогами GaHal3;nRn. Галлийорганические соединения неустойчивы к воде и воздуху, однако реагируют не так бурно, как алюминийорганические соединения.
При растворении Ga(OH)3 и Ga2O3 в кислотах образуются аквакомплексы [Ga(H2O)6]3+, поэтому из водных растворов соли галлия выделяются в виде кристаллогидратов, например, хлорид галлия GaCl3·6H2O, галлийкалиевые квасцы KGa(SO4)2·12H2O. Аквакомплексы галлия в растворах бесцветны.
Вступает в реакцию с раствором дихромата калия и концентрированой серной кислотой (не ниже 50 %) в соотношении примерно 1:1. При достижении необходимой концентрации реагирующих веществ на поверхности галлия появляется явление поверхностного натяжения, от чего из-за постоянной смены количества полученных веществ капля жидкого металла приобретает способность к «пульсации». Данные расширения и сокращения напоминают работу сердца, от чего данный опыт получил название 'Галлиевое Сердце". Данная реакция не имеет никакого практического значения для науки и является показательной для этого металла.
Не играет биологической роли.
Контакт кожи с галлием приводит к тому, что сверхмалые дисперсные частицы металла остаются на ней. Внешне это выглядит как серое пятно. При попытке убрать его размазывается ещё сильнее. Лучший способ убрать пятна с рук или поверхности - воспользоваться жидким мылом.
Галлий малотоксичен по одним сведениям[2], высокотоксичен - по другим [16]. Клиническая картина отравления: кратковременное возбуждение, затем заторможенность, нарушение координации движений, адинамия, арефлексия, замедление дыхания, нарушение его ритма. На этом фоне наблюдается паралич нижних конечностей, далее — кома, смерть. Ингаляционное воздействие галлий-содержащего аэрозоля в концентрации 50 мг/м; вызывает у человека поражение почек, равно как и внутривенное введение 10—25 мг/кг солей галлия. Отмечается протеинурия, азотемия, нарушение клиренса мочевины[17].
=========
Алюминиевый лом — идеальное решение для хранения и добычи водорода, считают в MIT
ЧИТАТЬ В ПОЛНОЙ ВЕРСИИ
12.08.2021 12:06, Геннадий Детинич
Алюминий при помещении в воду вступает в реакцию с выделением водорода. Но это в теории. На практике алюминий сразу покрывается оксидной плёнкой, которая защищает металл от коррозии и делает его неактивным при взаимодействии с водой. Учёные из Массачусетского технологического института выяснили, как лучше активировать алюминий для простой и управляемой добычи водорода из лома и отходов.
Источник изображения: MIT
Источник изображения: MIT
Исследователи сразу отбросили идею специально производить алюминий для хранения, транспортировки и дальнейшего производства водорода и энергии на его основе. Хотя алюминий может «хранить» водород с 10-кратным превышением плотности по сравнению со сжатым газом, производство этого металла — крайне энергозатратное мероприятие. Другое дело — лом и отходы алюминия. Вместо вторичной переработки их можно пустить на выработку водорода и добычу «зелёной» энергии. Это не потребует энергозатрат. Для реакции нужна лишь вода и технология удаления оксидного слоя с алюминия. И такую технологию, тоже не требующую затрат энергии, в MIT разработали и испытали.
Следует сказать, что поверхность алюминиевых изделий имеет гранулированную и пористую структуру. Поэтому оксидную плёнку необходимо удалять с очень сложной поверхности с заглублениями. Оказалось, что лучше всего с этим справляются точно выверенные соединения металлов галлия и индия, которые остаются в жидком состоянии при комнатной температуре. В течение 48–96 часов соединения галлия и индия самостоятельно и полностью проникали в рельеф поверхности алюминия и убирали оксидную плёнку, после чего алюминий легко вступал в реакцию с водой и начинал выделять водород. В дальнейшем галлий и индий можно извлекать из раствора и использовать заново.
Также учёные выяснили, что на скорость и продолжительность выделения водорода из алюминиевого лома влияют примеси, которые добавляют в металл для получения заданных свойств — прочности, легкоплавкости, устойчивости к коррозии или других. Это может быть кремний, магний или что-то другое. В зависимости от примеси реакция алюминия с водой с выделением водорода может идти с разной интенсивностью и разной скоростью. Это даёт механизм управления процессами, хотя для этого алюминиевый лом придётся предварительно сортировать.
Исследователи отмечают, что они показали возможность управляемой добычи водорода из алюминиевого лома, представив варианты действий с учётом примесей и предварительной обработки сырья. Дальше в игру должен вступить бизнес, если сочтёт это направление интересным.
===========
https://edrid.ru/rid/217.015.9fe7.html
Способ активации алюминия для получения водорода
Вид РИД Изобретение
Авторы
Школьников Евгений Иосифович
Атманюк Ирина Николаевна
Долженко Александр Владимирович
Янилкин Игорь Витальевич
Правообладатели
Общество с ограниченной ответственностью "ХэндиПауэр"
№ охранного документа
0002606449
Дата охранного документа
10.01.2017
Аннотация: Изобретение относится к технологии получения водорода в результате химической реакции компонентов гидрореагирующей композиции, более конкретно к способу активации алюминия для получения водорода, и может найти применение при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах. Способ активации алюминия для получения водорода включает приготовление смеси компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас.%, нагревание смеси до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия, после чего смесь подвергают механохимической обработке в инертной атмосфере при температуре 20-80°С в течение 5-20 мин. Изобретение позволяет увеличить полноту реакции окисления активированного алюминия при пониженном содержании галлия и индия в гидрореагирующей композиции, повысить скорость генерирования водорода и обеспечить возможность ее регулирования, а также повысить рентабельность технологии активации алюминия. 1 ил., 5 пр.
Изобретение относится к технологии получения водорода в результате химической реакции компонентов гидрореагирующей композиции, более конкретно к способу активации алюминия для получения водорода, и может найти применение при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах.
Широко известны способы активации алюминия для получения водорода, связанные с использованием жидких металлов (амальгамирование), сплавов на основе галлия, водных растворов щелочей, механохимического, ультразвукового воздействия и др.
Известен способ активации алюминия для получения водорода путем заполнения ртутью отверстия, выполненного в центре слитка алюминия, с последующей термообработкой в вакууме при 600-658°C в течение 1-1,5 ч, причем ртуть вводят в количестве 3-5 мас. % (см. авт. свид. СССР №945061, опубл. в бюл. №27, 1982).
Полученный композиционный сплав измельчают до фракции порошка и используют для приготовлении гидрореагирующей композиции и получения водорода при химической реакции с водой. Грамм порошка полученного состава при взаимодействии с водой выделяет водород в количестве 1040 мл менее чем за 1 мин при температуре 90°C.
Недостатком известного способа является сравнительно сложная и, зачастую, экологически неприемлемая технология получения гидрореагирующей композиции при активации алюминия ртутью.
Известно, что добавление к алюминию таких металлов, как галлий, индий, олово и некоторых других, но прежде всего галлия, позволяет достаточно эффективно реализовать реакцию его окисления водой при обычных условиях с образованием водорода. Когда поверхность алюминия смачивается жидким галлием или сплавом на его основе, жидкий металл проникает внутрь слитка по границам зерен с сравнительно высокой скоростью до 25 мкм/с, что приводит к быстрому охрупчиванию слитка (см. Лариков Л.Н. и др. Структурные изменения в алюминии и его сплавах при охрупчиваниии жидким галлием. // Металлофизика. 1990. Т. 12, №1. С. 115-117).
Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ активации алюминия для получения водорода, включающий получение активирующего сплава на основе галлия и индия, его смешивание в инертной атмосфере с алюминием и механохимическую обработку указанной смеси, преимущественно, в шаровой мельнице (см. патент РФ №2394753, опублик. 20.07.2010 - прототип).
Особенностью известного способа является то, что активирующий сплав получают из группы металлов: галлий, индий, олово и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:
индий 10-40
олово 1-40
цинк 1-20
галлий остальное,
затем в инертной атмосфере смешивают полученный сплав с алюминием при следующем соотношении компонентов, мас.%:
эвтектический сплав 1-10
алюминий остальное,
после чего указанную смесь подвергают механохимической обработке при температуре 20-80°C в течение 1-5 мин, преимущественно, в планетарной шаровой мельнице.
К недостаткам известного способа следует отнести ограничения по полноте реакции окисления активированного алюминия и скорости выделения водорода при пониженном содержании активных веществ в гидрореагирующей композиции. В частности, анализ имеющихся экспериментальных данных показывает, что при содержании подобного эвтектического сплава в гидрореагирующей композиции в диапазоне около 1-2 мас. % выход водорода за первый час реакции окисления алюминия составляет менее 65%, при этом остальная часть непрореагировавшего алюминия выделяет водород в течение 40-80 час и более. С другой стороны, при содержании эвтектического сплава в гидрореагирующей композиции в диапазоне около 7-10 мас. % общее количество галлия и индия (иначе галламы) относительно велико, что приводит к недостаточной рентабельности технологии получения данной композиции.
Техническим результатом изобретения является увеличение полноты реакции окисления активированного алюминия при пониженном содержании галлия и индия в гидрореагирующей композиции. Дополнительный технический результат заключается в повышении скорости генерирования водорода, обеспечении возможности ее регулирования, а также в повышении рентабельности технологии активации алюминия.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе активации алюминия для получения водорода, включающем получение активирующего сплава на основе галлия и индия, его смешивание в инертной атмосфере с алюминием и механохимическую обработку указанной смеси в шаровой мельнице, согласно изобретению, приготавливают смесь компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас. %, нагревают смесь до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
эвтектический сплав 1-3,5
абразивное вещество 2-5
алюминий остальное,
после чего смесь подвергают механохимической обработке в инертной атмосфере при температуре 20-80°C в течение 5-20 мин.
Такое выполнение способа позволяет достичь указанный технический результат, связанный с увеличением полноты реакции окисления активированного алюминия и повышением скорости генерирования водорода в первые десятки минут с возможностью регулирования процесса окисления алюминия на начальных и последующих стадиях путем добавления в композицию абразивного компонента. Кроме того, повышается рентабельность технологии получения активированного алюминия при использовании сравнительно недорогой и эффективной гидрореагирующей композиции, содержащей меньшее количество дорогостоящих компонентов, что особенно важно при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах.
Использование в предложенном способе каждого из указанных компонентов гидрореагирующей композиции связано с рядом факторов: доступности, стоимости, времени выделения водорода и др. В частности, использование наиболее перспективных трехкомпонентных сплавов для изготовления единицы массы гидрореагирующей композиции оказывается дешевле, чем для двухкомпонентных и многокомпонентных сплавов. В качестве активирующего сплава в предложенном способе предпочтительно используется трехкомпонентный сплав с указанным или близким к нему содержанием индия, олова и галлия, который обеспечивает, при прочих равных условиях, наибольшие полноту и скорость генерирования водорода для малогабаритных источников питания на топливных элементах. В качестве исходного сырья используется металлический алюминий в виде гранул размером 0,1-1,5 мм, а для получения активирующего сплава употребляются указанные металлы чистотой не ниже ХЧ или ЧДА.
Данный способ активации алюминия не препятствует использованию в активирующем сплаве других металлов, например, таких как цинк, однако это не приводит, при прочих равных условиях, к дополнительному увеличению полноты реакции окисления алюминия. Предложенные способ и используемый состав гидрореагирующей композиции прошли опытную проверку в ОИВТ РАН и показали положительные результаты при использовании картриджей для получения водорода в портативных топливных элементах.
По данным указанных экспериментальных исследований для достижения технического результата количественный состав компонентов абразивного вещества из группы хлорид натрия или оксид алюминия не должен снижаться менее 2 мас. % в связи с практическим уменьшением эффекта абразивной активации алюминия в присутствии галламы, а превышение указанного количества абразива более 5 мас. % эффект активации стабилизируется вблизи максимума по полноте и скорости выделения водорода. При этом количественный состав компонентов активирующего сплава в гидрореагирующей композиции не должен снижаться менее 1 мас. % из-за значительного увеличения поверхности негалламированных зерен алюминия, а его увеличение более 3,5 мас. % нецелесообразно, поскольку не обеспечивает дополнительного выхода водорода за первые 20-60 мин реакции окисления алюминия.
В свою очередь, экспериментально установлен оптимальный режим механохимической обработки смеси эвтектического сплава с порошкообразными алюминием и абразивным веществом, осуществляемый по предложенному способу в инертной атмосфере в рабочем объеме шаровой мельницы при температуре 20-80°C. При температуре обработки смеси меньше 20°C активация алюминия сравнительно мала из-за ухудшения условий образования жидкой пленки и снижения диффузии компонентов жидкометаллической фазы в объем зерен алюминия, а при температуре более 80°C - не технологична. Механохимическая обработка полученной порошкообразной композиции наиболее эффективна при помоле в указанных условиях в течение 5-20 мин с использованием вибрационной шаровой мельницы типа АГО-2У при стандартном ускорении в диапазоне 300-1200 м/с2, развиваемом ее мелющими телами - стальными шарами (65X13) диаметром 10-15 мм. Обработка гидрореагирующей композиции в шаровой мельнице на конечных стадиях помола обеспечивает дисперсность частиц получаемого порошка в диапазоне 10-100 мкм, в том числе благодаря наличию указанного абразивного материала.
Предложенный способ активации алюминия для получения водорода реализуют в несколько этапов: приготавливают активирующий сплав на основе галлам, смешивают его с порошками абразивного материала и алюминия и осуществляют механохимическую обработку смеси в шаровой мельнице. Для получения активирующего сплава на основе индия, олова и галлия смешивают их гранулированные компоненты в указанном предпочтительном соотношении. На аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают определенное количество металлического галлия (ТУ 48-4-350-84, ГОСТ 12797-77), индия (ТУ 48-4-447-84, ГОСТ 10297-94)) и олова Sn (ТУ 6-09-2704-88) и помещают их при нормальных условиях в стеклографитовый тигель. Затем указанную смесь нагревают в течение 15 мин в сушильном шкафу при температуре около 300°C (температура плавления олова 231°C), после чего приготовленный жидкий эвтектический сплав выдерживают на воздухе для остывания в естественных условиях до комнатной температуры, что занимает примерно 30-40 мин. После этого полученный жидкий эвтектический сплав в количестве 1-3,5 мас. % смешивают при нормальных условиях уже в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,1-1,5 мм. В качестве последнего выбраны компоненты абразивного вещества из группы хлорид натрия или оксид алюминия в диапазоне 2-5 мас. % при указанных количествах эвтектического сплава и алюминия. Смесь подвергают механохимической обработке при температуре 20-80°C в течение 5-20 мин в указанной шаровой мельнице с частотой вращения 1500 об/мин. Затем извлекают активированный алюминий в объеме бокса с инертной атмосферой, взвешивают на аналитических весах и размещают в пластиковых пробирках с притертыми крышками. Активированный алюминий представляет собой мелкодисперсный порошок с максимальным размером частиц около 100 мкм, реагирующий с высокой скоростью с водой при комнатой температуре.
Процесс активации алюминия по предложенному способу происходит, прежде всего, за счет добавления к металлическому алюминию указанного жидкого эвтектического сплава на основе галлия, индия и олова, что приводит к снижению механической прочности компактных зерен алюминия по границам кристаллической решетки и служит основной причиной последующего дробления вплоть до монокристаллического состояния. При этом нанесенная на поверхность алюминия жидкая эвтектика препятствует образованию оксидной пленки и приводит к увеличению реакционной способности металла по отношению к воде.
Другим важным фактором активации алюминия является увеличение поверхности контакта частиц алюминия за счет уменьшения их размеров. Значительная поверхность частиц приводит к тому, что большее количество молекул воды вступают в реакцию с поверхностью алюминия. Однако из-за податливой (пластичной) природы алюминия обычный механический размол его недостаточно эффективен. Для улучшения помола алюминия согласно предложенному способу необходимо использовать метод механохимической обработки с использованием абразивного кристаллического хлорида натрия или оксида алюминия в качестве мелющего вещества. Соль NaCl и оксид Al2O3 тверже алюминия, они экономически доступны, нетоксичны и экологически безопасны, кроме того, соль NaCl легко растворима в воде. Из-за хрупкости частиц хлорида натрия или оксида алюминия во время помола они ломаются и острыми краями проникают внутрь частиц алюминия, тем самым создавая на поверхности частиц алюминия области, обладающие повышенной активностью к молекулам воды. Кроме того, мелющее вещество препятствует частицам алюминия склеиваться при размалывании, что дополнительно способствует уменьшению размера частиц. При механохимическом размоле в частицах алюминия возникает множество дефектов в виде дислокаций, вакансий и др. Эти факторы увеличивают активность реакции окисления алюминия, в результате скорость и эффективность выделения водорода растет.
Повышение эффективности реакции гидролиза алюминия, предварительно молотого с абразивным веществом, происходит вследствие того, что молекулы воды взаимодействуют с образовавшейся во время размола поверхностью, еще не покрытой оксидной пленкой. Тем самым области или зоны на поверхности частиц алюминия, обладающие повышенной активностью, увеличивают доступ молекулам воды внутрь частиц алюминия, за счет чего реакция окисления более полная и быстрая. В отношении абразивного материала NaCl кристаллы соли, образовавшие в процессе помола, растворяются в воде и формируют на поверхности алюминиевых частиц, так называемые «соляные ворота», которые дополнительно увеличивают доступ молекулам воды к частицам алюминия. Указанный эффект наблюдается также при дополнительном растворении указанного количества хлорида натрия в воде в водородных картриджах в портативных топливных элементах.
Выход водорода при реализации предложенного способа определяли газометрическим методом по объему выделившегося при реакции водорода в экспериментальной лабораторной установке, включающей измерительный цилиндр, бюретку с реакционной водой и реактор водорода в виде стеклянного реакционного сосуда с трубкой для отвода газа. Запас энергоемкости по водороду для полученных образцов алюминия, активированного по предложенному способу, определяется массой алюминия, при взаимодействии 1 г которого с водой выделяется до 1,2 л водорода, при этом скорости выделения водорода на начальных стадиях находятся в диапазоне 1250-1440 мл/г;мин. При проведении реакции при повышенной температуре реакционный сосуд помещался в водяной термостат, поддерживающий температуру с точностью ±0,1 град, при этом имелась возможность периодически во время реакции перемешивать содержимое реактора.
Ниже приведены примеры реализации способа активации алюминия для получения водорода, основанные на результатах экспериментальных исследований, результаты которых частично представлены на Фиг. 1 (графики a, b, c, d, e, f, g).
Пример 1. Активация алюминия при 1% NaCl и 3,2% галламы.
Для приготовления общей смеси рассчитывают массы компонентов, исходя из того, что масса готовой смеси для эффективного перемола должна составлять 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,58 г, NaCl - 0,1 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,32 г соответственно. Предварительно отдельно смешивают алюминий с солью хлорида натрия, затем к данной смеси добавляется галламу и полученная смесь перемалывается в шаровой мельнице в течение 10 мин. Полученный активированный алюминий пересыпают в герметичную пробирку в атмосфере аргона. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-a), по которой выход водорода составил 83% в течение 25 мин, причем основной выход (80%) был получен в течение первых 5 мин.
Пример 2. Активация алюминия при 2% NaCl и 3,2% галламы.
Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия при этом составляет 9,48 г, NaCl - 0,2 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,32 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 15 мин. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-b), по которой выход водорода составил 87% в течение 25 мин, причем основной выход (80%) был получен в течение первых 5 минут.
Пример 3. Активация алюминия при 3.1% NaCl и 3.2% галламы.
Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,39 г, NaCl - 0,30 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,31 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 10 мин. В результате испытания активности гидрореагируюшей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-c), по которой выход водорода составил 91% в течение 25 мин, причем основной выход (более 80%) был получен в течение первых 5 минут.
Пример 4. Активация алюминия при 4.9% NaCl и 3.2% галламы.
Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9.22 г, NaCl - 0.48 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,30 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 15 мин. В результате испытания активности гидрореагируюшей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-d), по которой выход водорода составил 90% в течение 22 мин, причем основной выход (более 80%) был получен в течение первых 5 минут.
Пример 5. Активация алюминия при 4,9% Al2O3 и 3,2% галламы.
Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,22 г, Al2O3 - 0,48 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,30 г соответственно. Смешивание алюминия с Al2O3 и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 20 мин. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-g), по которой выход водорода составил 85% в течение 25 мин, причем основной выход (58%) был получен в течение первых 20 минут. Это позволяет регулировать скорость выделения водорода, что важно для стабилизации работы источников питания на топливных элементах.
Для сравнения с полученными результатами на фиг. 1 приведены кинетические кривые «e», «f», соответственно, для активации алюминия с использованием 3,4% и 5% галламы в прежних условиях приготовления общей массы готовой смеси 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,66 г (9,5 г) а галламы с соотношением тех же компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0.34 г (0,5 г), соответственно, при времени помола 10-15 мин. Активность гидрореагируюшей композиции по кинетическим кривым (Фиг. 1 - кривые «e», «f»), по выходу водорода составила 82% (92%) в течение 25 мин.
Лабораторные испытания предложенного способа активации алюминия для получения водорода проводились на лабораторной базе ОИВТ РАН. Кинетические и количественные данные по измерению объемов водорода, выделившегося при взаимодействии алюминия с водой, проводили с использованием избытка воды против стехиометрии реакции. Проведенные исследования подтверждают достижение технического результата при использовании предложенного способа активации алюминия для получения водорода. По результатам указанных исследований в ОИВТ РАН был разработан генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах для аппаратуры приема и обработки информации и, в частности, для внешнего источника питания (зарядного устройства) сотовых телефонов различных модификаций. Испытания генератора водорода также подтвердили основные технические данные и эффективность предложенного способа.
Способ активации алюминия для получения водорода
Источник поступления информации: Роспатент
Авторы
Правообладатели
Всего документов: 1
03.10.2018
№216.012.D1AF
Способ получения корунда высокой чистоты
Изобретение относится к технологии получения оксидов алюминия, которые используются для производства лейкосапфира, имеющего широкую область применения: при изготовлении подложек микросхем, светодиодов и лазерных диодов, имплантов и искусственных суставов, микроскальпелей, защитных стекол,...
Вид РИД
Изобретение
Номер охранного документа
0002519450
Дата охранного документа
10.06.2014
Авторы и правообладатели
Показать авторов и правообладателей
Похожие РИД в системе
Изобретение
СПОСОБ АКТИВАЦИИ НАНОПОРОШКА АЛЮМИНИЯ
Изобретение
СПОСОБ АКТИВАЦИИ ПОРОШКА АЛЮМИНИЯ
Изобретение
СПОСОБ АКТИВАЦИИ НАНОПОРОШКА АЛЮМИНИЯ
Изобретение
СПЛАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
Изобретение
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ГИДРООКСИДОВ АЛЮМИНИЯ
Изобретение
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ГИДРООКСИДОВ АЛЮМИНИЯ
Изобретение
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДОВ ИЛИ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ И ВОДОРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ЗА СЧЕТ ГИДРОЛИЗА ТВЕРДОГО РЕАГЕНТА-АЛЮМИНИЯ В РЕАКЦИОННОМ СОСУДЕ
Изобретение
СПОСОБ ХРАНЕНИЯ И ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ГИДРОЛИЗОМ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ ГЕНЕРАТОРАМИ
Изобретение
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА, СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Изобретение
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Защитите авторские права с едрид
О проекте
Тарифы
Помощь
Контакты
Услуги
Регистрация авторства
База данных РИД
Регистрация товарных знаков
Программно-аппаратный комплекс «Система управления РИД»
Помощь в определении вида РИД
ЕДРИД
Copyright © 2018 ЕДРИД
Все права на любые материалы, опубликованные на сайте, защищены в соответствии с российским и международным законодательством об авторском праве. Вся информация, размещенная на данном веб-сайте, предназначена только для персонального использования.
Политика АО «ЕДРИД» в отношении обработки персональных данных
Публичная оферта по депонированию в Едином Депозитарии Результатов Интеллектуальной Деятельности (Условия депонирования в ЕДРИД)
======
Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства
Илюхина Анастасия Владимировна
Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства
Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства>
Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников
Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников
Илюхина Анастасия Владимировна. Алюминий, активированный сплавами галлия: получение и физико-химические свойства : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.01 / Илюхина Анастасия Владимировна; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. Хим. фак.].- Москва, 2010.- 111 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-2/293
=============
https://findpatent.ru/patent/239/2397141.html
Способ получения водорода и химический реактор для его осуществления
Способ получения водорода и химический реактор для его осуществления
Авторы патента:
Яценко Сергей Павлович (RU)
Скрябнева Лидия Михайловна (RU)
Шевченко Владимир Григорьевич (RU)
C01B3/08
B01J7
Владельцы патента RU 2397141:
Институт химии твердого тела УрО РАН (RU)
Изобретения относятся к области химии и используются при получении водорода. Воду разлагают алюминием в щелочно-галлатном растворе, содержащем 5-60 г/дм3 едкого натрия и 1-10 г/дм3 галлия в присутствии жидкого металлического галлия или жидкого сплава галлия и олова и/или индия при его непосредственном контакте с алюминием. Реактор включает корпус 1, разделенный на две емкости 2 и 3. Верхняя емкость 2 имеет отверстие для подачи воды в реактор, а ее дно снабжено коническим тубусом, расположенным внутри второй емкости 3. Реактор также включает устройство для размещения алюминия 19, выполненное в виде бокового кармана и снабженное защитной сеткой 7, на дно которого помещен жидкий галлий или жидкий сплав галлия и олова и/или индия, теплообменник 12, расположенный с внешней стороны реактора, датчик 16 контроля уровня раствора в верхней емкости, гидроциклон для отделения осветленной части раствора от пульпы, накапливающейся в нижней части реактора, и ряд штуцеров 6, направляющих струи осветленного раствора на алюминий. Изобретения позволяют повысить выход водорода. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к физико-химическим технологиям получения водорода, который может быть использован в энергетических установках для получения электроэнергии, в качестве ракетного топлива, в химической промышленности для получения органических соединений и т.д.
Известен способ получения водорода путем разложения воды при ее взаимодействии с алюминием с образованием гидроксида алюминия и значительного количества тепла в среде водного раствора натриевой щелочи, содержащего в качестве добавки галлат-ионы (патент США 4218520, МПК H01M 12/00, 1980 г.). Водород, полученный известным способом, в дальнейшем используется в электрохимической ячейке для получения электроэнергии. Способ позволяет получить около 50 килокалорий электроэнергии и 150 килокалорий тепловой энергии с использованием для их получения 27 г алюминия.
Однако способ обладает рядом недостатков. Недостатками способа являются: использование высококонцентрированного щелочного раствора (от 2 до 10 молей на литр или 80-400 г NaOH/дм3); необходимость для начала проведения реакции нагрева щелочного раствора до температуры не ниже 60°С; использование в качестве нереактивной среды для защиты активированного алюминия от коррозии щелочным раствором или окисления кислородом воздуха диэтилкарбитола; сложность автоматической регулировки выхода водорода потребителю, которая включает необходимость регулирования крупности поступающей стружки алюминия, снижения температуры теплообменника, подачи команды на задвижку при выходе вольтажа ячейки за установленные пределы (1,4±0,3 В).
Известен химический реактор для получения водорода путем разложения воды при ее взаимодействии с алюминием в среде щелочного агента, который включает цилиндрический корпус со средой жидкого реагента, в которой размещен датчик температуры, связанный с блоком управления, а в верхней части корпуса расположен штуцер отвода газообразного продукта реакции, при этом внутри корпуса установлен трубчатый теплообменник (патент РФ 2297386, МПК С01В 3/00, 2007 г.). Трубки теплообменника размещены, по крайней мере, по двум концентрическим окружностям, отстоят одна от другой и сообщаются через коллектор с клапанами подачи теплоносителя, между трубками теплообменника в среде жидкого реагента расположена кольцевая решетка-колосник, на которой размещены гранулы твердого реагента, в реактор введены вертикальные проставки между трубками, расположенными на концентрических окружностях, закрывающие зазор между соседними трубками, кроме того, введены вертикальные вставки между противостоящими трубками соседних концентрических окружностей, закрывающие зазор между этими трубками, причем упомянутые проставки и вставки образуют зоны, свободные от гранул твердого реагента, а клапаны подачи теплоносителя соединены через блок управления с датчиками температуры.
Недостатками известного химического реактора являются, во-первых, сложность его конструкции и, во-вторых, тот факт, что реактор рассчитан на получение водорода высокого давления, что часто не требуется потребителю, но требует специальных условий эксплуатации ввиду значительной утечки водорода и опасности взрыва.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой технологически способ получения водорода, обеспечивающий высокий выход целевого продукта.
Поставленная задача решена в способе получения водорода путем разложения воды при ее взаимодействии с алюминием в водном растворе натриевой щелочи, содержащем галлат-ионы, в котором в качестве водного раствора натриевой щелочи, содержащего галлат-ионы, используют щелочно-галлатный раствор, содержащий 5-60 г/дм3 едкого натрия и 1-10 г/дм3 галлия, и процесс осуществляют в присутствии жидкого металлического галлия или жидкого сплава галлия и олова и/или индия при его непосредственном контакте с алюминием.
При этом может быть использован сплав галлия и индия при следующем соотношении компонентов, мас.%: индий 5-30; галлий - остальное.
При этом может быть использован сплав галлия и олова при следующем соотношении компонентов, мас.%: олово 3-12; галлий - остальное.
При этом может быть использован сплав галлия и индия и олова при следующем соотношении компонентов, мас.%: индий 13,5-29,5; олово 7,5-17,5; галлий - остальное.
Поставленная задача также решена в химическом реакторе для получения водорода, включающем цилиндрический корпус, снабженный теплообменником, со средой водного раствора натриевой щелочи, содержащего галлат-ионы, в котором размещен датчик контроля, связанный с блоком управления, в корпусе расположен штуцер отвода газообразного продукта реакции, штуцер подачи раствора натриевой щелочи, приемник загрузки алюминия, внутри корпуса расположено устройство для размещения алюминия, снабженное приспособлением, препятствующим попаданию алюминия в циркулирующий раствор натриевой щелочи, в котором корпус реактора разделен на две емкости, верхняя из которых имеет отверстие для подачи воды в реактор, а ее дно снабжено коническим тубусом, расположенным внутри второй емкости, устройство для размещения алюминия выполнено в виде бокового кармана и снабжено защитной сеткой, на дно бокового кармана помещен жидкий галлий или жидкий сплав галлия и олова и/или индия, теплообменник расположен с внешней стороны реактора, а в качестве датчика контроля использован датчик контроля уровня раствора в верхней емкости, кроме того, реактор дополнительно снабжен гидроциклоном для отделения осветленной части раствора от пульпы, накапливающейся в нижней части реактора, и рядом штуцеров, направляющих струи осветленного раствора на алюминий.
В настоящее время не известен способ получения водорода, а также химический реактор для его осуществления, в котором осуществляют активацию алюминия при его взаимодействии с водой в среде жидкого щелочного агента путем непосредственного контакта алюминия с жидким металлическим галлием или жидким сплавом галлия и олова и/или индия.
Как известно, при получении водорода гидролизом алюминия в водном растворе щелочи в случае содержания в растворе галлат-ионов реакция сопровождается образованием галламы алюминия (жидкого сплава алюминия и галлия), в результате чего алюминий активизируется и процесс выделения водорода становится более эффективным. Однако сохраняется возможность окисления алюминия как щелочной средой, так и кислородом воздуха. Исследования, проведенные авторами, позволили выявить условия проведения процесса, которые полностью устраняют возможность даже частичного окисления алюминия и обеспечивают эффективное получение водорода за счет значительной активации алюминия. Получение водорода по предлагаемому способу предполагает наличие ряда реакций, сопровождающих выделение водорода:
- образование галламы алюминия за счет наличия в растворе натриевой щелочи галлат-ионов;
- цементация галлия на галламе алюминия;
- растворение алюминия в жидком металлическом галлии или его сплаве;
- основная реакция - разложение воды при ее взаимодействии с алюминием, который в значительной мере активирован в результате прохождения побочных реакций
Аl+3Н2O;Аl(ОН)3+1,5Н2+99,3 ккал/моль (27,2 г Аl)
Авторами предлагаемого технического решения установлено, что галлий и его жидкие сплавы препятствуют возникновению оксидной защитной пленки на поверхности алюминия и химически активный алюминий взаимодействует с водой, образуя водород и гидроксид алюминия. Выделившийся по реакции цементации на алюминии жидкий галлий в виде тонкой пленки на поликристаллическом образце и контактирующий с алюминием металлический галлий или галлиевый сплав взаимодействуют преимущественно с зонами, прилегающими к границам зерен. Алюминий из этих зон растворяется в галлии или галлиевом сплаве и активно взаимодействует с водой. Зерна становятся разобщенными жидкими прослойками и образец резко увеличивает свою поверхность и со временем разваливается. При этом применение вместо чистого металлического галлия его сплавов с оловом и/или индием позволяет снизить температуру начала реакции благодаря более низким температурам их затвердевания (например, эвтектический состав сплава галлий-олово затвердевает при 20°С, а галлий-индий-олово затвердевает при 10,5°С). Стандартные электрохимические потенциалы компонентов этих сплавов менее отрицательны по сравнению с галлием, что обусловливает более энергичное взаимодействие их с алюминием по сравнению с чистым галлием при прочих равных условиях. Кроме того, разбавление галлия оловом снижает стоимость используемых реагентов, поскольку олово значительно дешевле галлия.
В соответствии с предлагаемым способом в зависимости от объема загруженного алюминия количество получаемого водорода при пересчете на нормальные условия (давление 101,3 кПа или 1 атм, температура 20°С) из 1 кг алюминия составляет 1,245 м3, при этом потребуется 2 дм3 воды, будет получено гидроксида алюминия (Al2О3·3Н2О) 2,89 кг и выделится тепла 3650,7 ккал.
На чертеже изображен химический реактор для осуществления предлагаемого способа. Химический реактор для получения водорода включает цилиндрический корпус (1), снабженный теплообменником (12), который расположен с внешней стороны корпуса реактора (1) и снабжен штуцером (13) подачи и выхода охлаждающей жидкости, в качестве которой может быть использован, например, тосол или вода. Корпус реактора (1) разделен на две емкости (2 и 3), верхняя из которых (2) имеет отверстие для подачи воды в реактор, снабженное крышкой (11), а ее дно снабжено коническим тубусом, расположенным внутри второй емкости (3), который позволяет раствору натриевой щелочи перемещаться из емкости (3) через ее нижнюю часть, служащую для сбора пульпы, в верхнюю емкость (2). Тубус снабжен уплотнениями (18) и болтовыми соединениями, которые позволяют закрепить его к корпусу (1) реактора. Водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы (15), находится в емкости (3) и частично в емкости (2), где в нем размещен многоуровневый датчик (16) контроля расхода водного раствора натриевой щелочи, связанный с блоком управления.
. В корпусе (1) реактора расположены штуцер отвода газообразного продукта реакции (8), снабженный вентилем, штуцер подачи раствора натриевой щелочи, приемник (9) загрузки гранулированного или кускового алюминия с заслонкой (10) и герметичной крышкой (16), внутри корпуса (1) расположен боковой карман (19), который крепится к корпусу (1) с помощью болтового соединения (17) и снабженный металлической защитной сеткой (7), с одной стороны отделяющей гранулы алюминия и препятствующей попаданию их в ту часть емкости (3), где скапливается пульпа, а с другой стороны отделяющей крупные брызги раствора. На дно бокового кармана (19) помещен жидкий галлий или жидкий сплав галлия и олова и/или индия. Кроме того, реактор дополнительно снабжен гидроциклоном для отделения осветленной части раствора от пульпы, накапливающейся в нижней части реактора, и рядом штуцеров (6), направляющих струи осветленного раствора на алюминий. Таким образом, конструкция предлагаемого реактора позволяет:
- автоматически прекращать реакцию разложения воды при отсутствии потребления водорода;
- удалять осадок гидроксида алюминия из реакционной емкости;
- отделять и уплотнять осадок из пульпы в гидроциклоне;
- периодически загружать гранулами/кусками алюминия реакционную емкость без прекращения получения и отвода водорода;
- передавать тепловую энергию потребителю тепла;
- очищать получаемый водород от брызг щелочного раствора;
- удалять образующийся гидроксидный осадок с поверхности гранул или кусков алюминия.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В качестве исходных компонентов используют гранулированный алюминий (например, марки ТУ 6-09-02-529-92) или его мелкокусковые сплавы; металлический галлий или его сплавы Ga-In, Ga-Sn, Ga-In-Sn; щелочной раствор едкого натрия в воде, содержащий 5-60 г NaOH в дм3; галлатный раствор, например, полученный электрохимическим растворением галлия в растворе едкого натра, содержащий 1-10 г Ga в дм3.
В боковой карман (19) корпуса (1) реактора загружают необходимое количество жидкого металлического галлия или сплава галлия и индия и/или олова (4); сверху засыпают гранулированный или мелкокусковой алюминий (5) в объеме не более половины емкости, образуемой стенками корпуса (1) реактора и внутренней частью сетки (7); завершают монтаж реактора; заливают водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы до устойчивого контакта с датчиком уровня раствора (16). Для потребления водорода открывают вентиль на штуцере (8) и добавляют некоторое количество воды в емкость (2) корпуса (1) реактора через верхнюю крышку (11). Объем вводимой воды зависит от размеров реактора. В последующем дозировку воды проводят по показаниям датчика (16). Введение новых порций алюминия осуществляют через приемник (9) после закрытия крышки и открытия заслонки (10). При потреблении водорода водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы, поступает из емкости (2) через тубус в емкость (3), провоцируя реакции по активации алюминия и последующего взаимодействия активированного алюминия с водой. Предлагаемая конструкция реактора обеспечивает удаление щелочного раствора от реакционной массы за счет повышения давления водорода в корпусе (1) реактора в отсутствие потребления водорода. Это сопровождается вытеснением раствора из емкости (3) и прекращением реакции разложения воды. Активированный алюминий в этом случае остается в атмосфере водорода и окисления его воздухом не происходит. В нижней части емкости (3) происходит накопление пульпы, которая через штуцер (14) в конусном дне поступает в гидроциклон под давлением, создаваемым центробежным насосом или помпой (на чертеже не показаны). Осаждение гидроксида алюминия происходит в гидроциклоне, а осветленная часть щелочного раствора поступает в реакционное пространство емкости (3) через штуцеры (6) и смывает гидроксид алюминия с гранулированного или мелкокускового алюминия
В таблице представлены результаты опытов, свидетельствующие, что при взаимодействии гранулированного или мелкокускового алюминия при очень низком покрытии галлием путем цементации с содержанием галлия к массе алюминия ; 0,10% выделение водорода в расчете на 1 кг алюминия за время 1 час при температуре раствора 40°С составляет всего 0,25 дм3/час·кг. Повышение температуры до 50°С увеличивает выход водорода при тех же условиях до 1,0 дм3/час·кг. Повышение содержания галлия на поверхности алюминия улучшает показатели процесса, но использование жидкого металлического галлия для этой цели требует некоторого подогрева исходного раствора, по крайней мере до 30°С. Контакт алюминия со сплавами на основе галлия в смеси с водой при комнатной температуре приводит к очень слабому взаимодействию. В присутствии едкого натра в растворе эффективность взаимодействия резко возрастает. При концентрации щелочи NaOH 10 г/дм3 раствор в присутствии жидкого сплава галлия самопроизвольно разогревается и может достигнуть температуры кипения. Эффективность использования металлического галлия уступает эффективности использования сплава на основе галлия при температурах ниже плавления металлического галлия. Наиболее интенсивное взаимодействие с водой достигается при использовании галлированных гранул алюминия и наличии контакта жидкого галлиевого сплава с ними. Однако наличие большого количества гидроксида алюминия, образующегося в этих условиях, может замедлять выделение водорода в единицу времени. В связи с этим в конструкции реактора предусмотрена защитная сетка (7), разделяющая реакционный объем от нижней части емкости (3), куда поступает гидроксид алюминия при принудительной циркуляции пульпы, создаваемой насосом. Необходимо отметить, что эффективность процесса также зависит от состава используемого сплава галлия и индием и/или оловом. Как показали исследования, состав должен быть эвтектическим или иметь допустимое отклонение от эвтектики, которое было установлено экспериментальным путем.
Масс-спектрометрический анализ гидроксида алюминия, отделенного в условиях, имитирующих работу гидроциклона, показал следующее содержание примесей, мас.%: галлия 0,25-0,35; индия - 0,04-0,75; олова - 0,001-0,05. Следовательно, результаты исследований позволяют рекомендовать активирование галлированного алюминия жидким металлическим галлием или жидким сплавом галлия и индия и/или олова для получения водорода разложением воды с допустимым загрязнением гидроксида алюминия примесными компонентами: галлием, индием, оловом.
Таблица:
Выделение водорода разложением воды галлированными гранулами алюминия (1) или при контакте чистых гранул со сплавами на основе галлия...
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В качестве исходных компонентов используют 100 г гранулированного алюминия марки ТУ 6-09-02-529-92; 25 г металлического галлия; водный щелочной раствор едкого натра в воде, содержащий 5 г NaOH в дм3 и 1 г Ga в дм3.
В боковой карман (19) корпуса (1) реактора загружают 30 г жидкого металлического галлия (4); сверху засыпают 50 г гранулированного алюминия (5) в емкость, образуемую стенками корпуса (1) реактора и внутренней частью сетки (7); завершают монтаж реактора; заливают водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы. Для потребления водорода открывают вентиль на штуцере (8) и добавляют 250 мл воды в емкость (2) корпуса (1) реактора через верхнюю крышку (11) до устойчивого контакта нижнего уровня датчика (16). В последующем дозировку воды проводят по показаниям датчика (16). Введение новой порции алюминия в количестве 50 г осуществляют через приемник (9) после закрытия крышки и открытия заслонки (10). При потреблении водорода водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы, поступает из емкости (2) через тубус в емкость (3), провоцируя реакции по активации алюминия и последующего взаимодействия активированного алюминия с водой.
В результате получено: водорода 125 дм3 = 0,125 м3; гидроксида алюминия 280 г, высушенного при 100°С; тепла 350 ккал. (Учитывая коэффициент абсорбции водорода водой при 20°С и давлении 750 мм ртутного столба, приводя газ к нормальным условиям, получаем объем выделенного водорода равным 115,5 дм3. Это составляет 92,8% от теоретически расчетного количества выделяемого водорода по реакции, то есть потери составили 7,2%. Последнее объясняется утечкой водорода при длительной выдержке).
1 кал = 4,1868 Дж.
Теплота сгорания водорода =
Высшая = 127,7 МДж/м3
Низшая = 108 МДж/м3
Возьмём среднюю 120 МДж/м3
Умножить на 0,125 м3 получицца в результате сгорания полученного водорода потенциального тепла на 15 МДж, что равнозначно 0,33 литра бензина.
Для сравнения таблица:
http://ecoles-nn.ru/tablitsa-teplotvornosti/
Электроэнергия (1 кВт/ч)
Удельная теплота сгорания =864 Ккал
Удельная теплота сгорания = 1,0 Квт
Удельная теплота сгорания = 3,62 МДж
Эквивалент Газ природный = 0,108
Эквивалент Дизтопливо = 0,084
Эквивалент Мазут = 0,089
Водород (1 КГ) (на сайте ошибка и неверно указано м3!!!) Плотность =0.09 , а грубо 0,1 кг/м3
Удельная теплота сгорания = 28700 Ккал
Удельная теплота сгорания = 33,2 Квт
Удельная теплота сгорания = 120,00 МДж/кг или 12,77 МДж/м3
Эквивалент Газ природный = 3,588
Эквивалент Дизтопливо = 2,786
Эквивалент Мазут = 2,959
Бензин (1 кг) (а в таблице на сайте ошибочно указаны литры! Плотность бензина 0,72 кг/л)
Удельная теплота сгорания = 10500 Ккал
Удельная теплота сгорания = 12,2 Квт
Удельная теплота сгорания = 44,00 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,313
Эквивалент Дизтопливо = 1,019
Эквивалент Мазут = 1,082
Дизельное топливо (солярка) (1 л)
Удельная теплота сгорания = 10300 Ккал
Удельная теплота сгорания = 11,9 Квт
Удельная теплота сгорания = 43,12 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,288
Эквивалент Дизтопливо = -
Эквивалент Мазут = 1,062
Мазут (1 л)
Удельная теплота сгорания = 9700 Ккал
Удельная теплота сгорания = 11,2 Квт
Удельная теплота сгорания = 40,61 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,213
Эквивалент Дизтопливо = 0,942
Эквивалент Мазут = -
Нефть (1 л)
Удельная теплота сгорания = 10500 Ккал
Удельная теплота сгорания = 12,2 Квт
Удельная теплота сгорания = 44,00 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,313
Эквивалент Дизтопливо = 1,019
Эквивалент Мазут = 1,082
Керосин (1 л)
Удельная теплота сгорания = 10400 Ккал
Удельная теплота сгорания = 12,0 Квт
Удельная теплота сгорания = 43,50 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,3
Эквивалент Дизтопливо = 1,01
Эквивалент Мазут = 1,072
Газ природный (1 м3) плотность = 0.765 кг/м3.
Удельная теплота сгорания = 8000 Ккал
Удельная теплота сгорания = 9,3 Квт
Удельная теплота сгорания = 33,50 МДж
Эквивалент Газ природный = -
Эквивалент Дизтопливо = 0,777
Эквивалент Мазут = 0,825
Газ сжиженный (1 кг)
Удельная теплота сгорания = 10800 Ккал
Удельная теплота сгорания = 12,5 Квт
Удельная теплота сгорания = 45,20 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,35
Эквивалент Дизтопливо = 1,049
Эквивалент Мазут = 1,113
Метан (1 м3)
Удельная теплота сгорания = 11950 Ккал
Удельная теплота сгорания = 13,8 Квт
Удельная теплота сгорания = 50,03 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,494
Эквивалент Дизтопливо = 1,16
Эквивалент Мазут = 1,232
Пропан (1 м3)
Удельная теплота сгорания = 10885 Ккал
Удельная теплота сгорания = 12,6 Квт
Удельная теплота сгорания = 45,57 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,361
Эквивалент Дизтопливо = 1,057
Эквивалент Мазут = 1,122
Этилен (1 м3)
Удельная теплота сгорания = 11470 Ккал
Удельная теплота сгорания = 13,3 Квт
Удельная теплота сгорания = 48,02 МДж
Эквивалент Газ природный = 1,434
Эквивалент Дизтопливо = 1,114
Эквивалент Мазут = 1,182
Уголь каменный(W=10%)(1 кг)
Удельная теплота сгорания = 6450 Ккал
Удельная теплота сгорания = 7,5 Квт
Удельная теплота сгорания = 27,00 МДж
Эквивалент Газ природный = 0,806
Эквивалент Дизтопливо = 0,626
Эквивалент Мазут = 0,665
Пример 2. В качестве исходных компонентов используют 100 г гранулированного алюминия марки ТУ 6-09-02-529-92); сплав Ga-In состава, мас.%: индий 28; галлий 72; щелочной раствор едкого натра в воде, содержащий 60 г NaOH в дм3 и 10 г Ga в дм3.
В боковой карман (19) корпуса (1) реактора загружают 30 г жидкого сплава галлия-индия (4); сверху засыпают 50 г гранулированного алюминия (5) в емкость, образуемую стенками корпуса (1) реактора и внутренней частью сетки (7); завершают монтаж реактора; заливают водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы. Для потребления водорода открывают вентиль на штуцере (8) и добавляют 250 мл воды в емкость (2) корпуса (1) реактора через верхнюю крышку (11) до устойчивого контакта с датчиком уровня раствора (16). В последующем дозировку воды проводят по показаниям датчика (16). Введение новой порции алюминия в количестве 50 г осуществляют через приемник (9) после закрытия крышки и открытия заслонки (10). При потреблении водорода водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы, поступает из емкости (2) через тубус в емкость (3), провоцируя реакции по активации алюминия и последующего взаимодействия активированного алюминия с водой.
В результате получено: водорода 120 дм3 = 0,12 м3 (в перерасчете на нормальные условия или 96,4% от теоретически рассчитанного); гидроксида алюминия 300 г (высушенного при 20°С с влажностью 8%); тепла 360 ккал.
Пример 3. В качестве исходных компонентов используют 100 г гранулированного алюминия марки ТУ 6-09-02-529-92; сплав Ga-Sn состава, мас.%:
олово 8; галлий 92; щелочной раствор едкого натра в воде, содержащий 60 г NaOH в дм3 и 10 г Ga в дм3.
В боковой карман (19) корпуса (1) реактора загружают 25 г жидкого сплава галлия-олова (4); сверху засыпают 45 г гранулированного алюминия (5) в емкость, образуемую стенками корпуса (1) реактора и внутренней частью сетки (7); завершают монтаж реактора; заливают водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы. Для потребления водорода открывают вентиль на штуцере (8) и добавляют 250 мл воды в емкость (2) корпуса (1) реактора через верхнюю крышку (11). В последующем дозировку воды проводят по показаниям датчика (16). Введение новой порции алюминия в количестве 50 г осуществляют через приемник (9) после закрытия крышки и открытия заслонки (10). При потреблении водорода водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы, поступает из емкости (2) через тубус в емкость (3), провоцируя реакции по активации алюминия и последующего взаимодействия активированного алюминия с водой.
В результате получено: водорода 122,9 дм3 = 0,1229 м3 (или 97,9% от теоретически рассчитанного); гидроксида алюминия 290 г; тепла 350 ккал.
Пример 4. В качестве исходных компонентов используют 100 г гранулированного алюминия марки ТУ 6-09-02-529-92); сплав Ga-In-Sn состава, мас.%: индий 21,5; олово 12,5; галлий 66; щелочной раствор едкого натра в воде, содержащий 60 г NaOH в дм3 и 10 г Ga в дм3.
В боковой карман (19) корпуса (1) реактора загружают 25 г жидкого сплава галлия и индия (4); сверху засыпают 50 г гранулированного алюминия (5) в емкость, образуемую стенками корпуса (1) реактора и внутренней частью сетки (7); завершают монтаж реактора; заливают водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы. Для потребления водорода открывают вентиль на штуцере (8) и добавляют 250 мл воды в емкость (2) корпуса (1) реактора через верхнюю крышку (11) до устойчивого контакта с датчиком уровня раствора (16). В последующем дозировку воды проводят по показаниям датчика (16). Введение новой порции алюминия в количестве 50 г осуществляют через приемник (9) после закрытия крышки и открытия заслонки (10). При потреблении водорода водный раствор натриевой щелочи, содержащий галлат-ионы, поступает из емкости (2) через тубус в емкость (3), провоцируя реакции по активации алюминия и последующего взаимодействия активированного алюминия с водой.
В результате получено: водорода 120 дм3 = 0,12 м3 (или 96,4% от теоретически рассчитанного); гидроксида алюминия 285 г; тепла 350 ккал.
Таким образом, предлагается технологически простой способ получения водорода путем разложения воды при ее взаимодействии с алюминием в водном растворе натриевой щелочи, содержащем галлат-ионы, обеспечивающий высокий выход по водороду.
1. Способ получения водорода путем разложения воды при ее взаимодействии с алюминием в водном растворе натриевой щелочи, содержащем галлат-ионы, отличающийся тем, что в качестве водного раствора натриевой щелочи, содержащего галлат-ионы, используют щелочно-галлатный раствор, содержащий 5-60 г/дм3 едкого натрия и 1-10 г/дм3 галлия, и процесс осуществляют в присутствии жидкого металлического галлия, или жидкого сплава галлия и олова, и/или индия при его непосредственном контакте с алюминием.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сплав галлия и индия при следующем соотношении компонентов, мас.%: индий - 5-30; галлий - остальное.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сплав галлия и олова при следующем соотношении компонентов, мас.%: олово - 3-12; галлий - остальное.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сплав галлия, и индия, и олова при следующем соотношении компонентов, мас.%: индий - 13,5-29,5; олово - 7,5-17,5; галлий - остальное.
5. Химический реактор для получения водорода, включающий цилиндрический корпус, снабженный теплообменником, со средой водного раствора натриевой щелочи, содержащего галлат-ионы, в котором размещен датчик контроля, связанный с блоком управления, в корпусе расположен штуцер отвода газообразного продукта реакции, штуцер подачи раствора натриевой щелочи, приемник загрузки алюминия, внутри корпуса расположено устройство для размещения алюминия, снабженное приспособлением, препятствующим попаданию алюминия в циркулирующий раствор натриевой щелочи, отличающийся тем, что корпус реактора разделен на две емкости, верхняя из которых имеет отверстие для подачи воды в реактор, а ее дно снабжено коническим тубусом, расположенным внутри второй емкости, устройство для размещения алюминия выполнено в виде бокового кармана и снабжено защитной сеткой, на дно бокового кармана помещен жидкий галлий, или жидкий сплав галлия и олова и/или индия, теплообменник расположен с внешней стороны реактора, а в качестве датчика контроля использован датчик контроля уровня раствора в верхней емкости, кроме того, реактор дополнительно снабжен гидроциклоном для отделения осветленной части раствора от пульпы, накапливающейся в нижней части реактора, и рядом штуцеров, направляющих струи осветленного раствора на алюминий.
==========
https://www.google.com/amp/s/iz.ru/export/google/amp/956596
НАУКА
Лед и в пламя: «горящий» в холодной воде металл обогреет Арктику
Разработан новый экологичный метод получения энергии из магния и алюминия
31 Января 2020, 00:01
Ольга Коленцова
УЧЕНЫЕЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯАРКТИКА
Фото: ТАСС/Сергей Черкашин
Российские ученые предложили безопасный и экологичный метод добычи тепла и энергии в условиях Арктики. Физики выяснили, что при окислении порошка магния и алюминия в смеси ледяной воды и особого солевого раствора выделяется водород. Этот элемент можно сжигать, получая огромное количество энергии для обогрева помещений или выработки электричества.
Холодное тепло
Одна из главных проблем арктического региона — тепло- и электроснабжение. Чаще всего для добычи электроэнергии здесь используют дизельное топливо, однако это крайне негативно влияет на экологию региона.
Ученые из Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН предлагают использовать в качестве арктического топлива химически активные элементы — магний и алюминий. Ранее их реакционные свойства при низких температурах практически не исследовали. Физики впервые изучили возможности окисления данных металлов в водных растворах при низких температурах, которые держатся в Арктической зоне России минимум полгода.
Чтобы вода не замерзала, в нее добавляли различные соли — хлориды натрия, калия, магния, кальция, алюминия и другие. Чем больше концентрация соли, тем меньше температура замерзания водного раствора. При химической реакции окисления магния и алюминия в таком растворе выделяется тепло и образовывается водород. При исследованиях самая низкая полученная температура водного раствора составила минус 40°C. Снижать ее больше не имело смысла, так как дальнейший процесс уменьшил бы скорость реакции окисления. Следовательно, магний стал бы отдавать энергию крайне долго.
— Металлы запасают в себе энергию, по удельным характеристикам сопоставимую с традиционным углеводородным топливом, — пояснил заведующий лабораторией энергоаккумулирующих веществ ОИВТ РАН Михаил Власкин. — Но при сжигании металлов в атмосферу не попадают вредные выбросы и парниковые газы. Ведь продукт окисления — оксид металла, твердое вещество, которое не представляет вреда здоровью человека. Оно может быть возвращено обратно в цикл производства или использовано на месте в качестве строительного материала или в других более высокотехнологичных приложениях.
В ходе экспериментов ученые определили наиболее перспективные с точки зрения энергоэффективности композиции. Оказалось, что быстрее всего порошок магния окисляется в водных солевых растворах магния и алюминия. Ускорить реакцию помогло добавление к магнию таких металлов, как никель и галлий.
Просто добавь воды
Выделяющийся в ходе реакции водород используют для получения тепла или электроэнергии. Причем продукт сжигания водорода — вода без выделения каких-либо газов, то есть вредных выбросов в атмосферу нет.
Таким образом, для создания экологически безопасных систем тепло- и электроснабжения на севере достаточно будет порошка магния или алюминия, солевого раствора и устройства, преобразующего энергию водорода. Доставить эти материалы в отдаленные регионы проще, чем жидкое топливо.
— Это классическая химическая реакция: когда металл растворяется (реагирует с водой), выделяется водород, — напомнил заведующий лабораторией литий-ионных источников тока МФТИ Дмитрий Семененко. — Ее широко используют на практике, например в качестве способа хранения водорода для топливных элементов (устройство, вырабатывающее постоянный ток путем химической реакции, в данном случае с водородом. — «Известия»). Но для выделения водорода обычно используют сложные сплавы — чистые металлы не реагируют с водой, потому что у них есть поверхностный оксидный слой. В данном случае разработчики добились результата довольно простым способом, понизив температуру и добавив в раствор соли особого состава для ускорения реакции. В подобных условиях процесс взаимодействия магния и алюминия с водой проходит эффективно. Это сравнительно простой и дешевый способ получения водорода. Данная технология вполне может стать востребованной в удаленных регионах страны.
По словам эксперта, сейчас в Арктической зоне всё чаще используют cистемы с возобновляемыми источниками энергии. Ведь в условиях сурового севера завозное топливо часто бывает недоступно.
— Думаю, данная разработка позволяет создать недорогой и эффективный способ получения электроэнергии, — подчеркнул Дмитрий Семененко.
По словам доцента кафедры теоретических основ теплотехники им. М.П. Вукаловича НИУ «МЭИ» Кирилла Кузнецова, достоинством метода является то, что он не требует повышенных температур. Его применение может быть актуальным в холодных и труднодоступных районах России. Правда, следует учесть, что получение алюминия и магния тоже требует затрат электроэнергии. В итоге, как подчеркнул эксперт, эти затраты могут перевесить пользу от использования экологически чистого водорода. Однако работа, по его мнению, несомненно вносит вклад в развитие нового направления в энергетике.
В дальнейшем ученые планируют создать двигатель для производства электрической энергии или тяги на основе принципов окисления металла при минусовых температурах.
========
1 кал = 4,1868 Дж.
1 Дж ; 0,2388458966 кал
Удельная теплота сгорания водорода составляет примерно 140 МДж/кг (верхняя) или 120 МДж/кг (нижняя), что в несколько раз превышает удельную теплоту сгорания углеводородных топлив (для метана — около 50 МДж/кг).
Водород = Плотность,=0.08999 кг/м3 при P0=101.3 кПа, Т0=0°С =
Теплота сгорания:
Высшая = 12770 кДж/м3
Низшая = 10800 кДж/м3
высшая = 3050 Ккал/м3
Низшая = 2579 Ккал/м3
/в таблице на сайте ошибка - в второй части КИЛОКАЛОРИИ на м3/
Ссылка на Огненное ТВ
https://www.youtube.com/watch?v=dnS1tU7k1Q4
ГЕНЕРАТОР ВОДОРОДА ИЗ ОГНЕТУШИТЕЛЯ своими руками
1 190 929 просмотров 4 июн. 2017 г. Химические реактивы можно купить тут http://link.pyrohobby.ru/73A3oA6J
200 рублей скидка на первый заказ при регистрации по ссылке.
Продолжение темы тут https://www.youtube.com/watch?v=cAZJN...
А вот тут подробные комментарии "почему это не так опасно, как может показаться" https://www.youtube.com/watch?v=oK10x...
Мне скоро потребуется много водорода и что бы его получить, мне нужен генератор! Сделаю его из огнетушителя!
https://www.instagram.com/i_polynkov/
Телеграм-канал для экстренной связи
https://t.me/ognennoetv
Огненное ТВ
https://www.youtube.com/watch?v=oK10xWsF7io
Водород и безопасность. СПЕЦВЫПУСК вопрос-ответ "Е*анёт или нет"
239 925 просмотров 3 апр. 2018 г. Илюха Полынков вот тут https://www.youtube.com/channel/UCveg...
Химические реактивы можно купить тут http://link.pyrohobby.ru/73A3oA6J
Водород из алюминия. Подборка GrafBorisfen
© Copyright: Юрий Сафроненко, 2021
Свидетельство о публикации №121111707428
Свидетельство о публикации №121111707428
Рецензии