ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОРИСТОГО АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА



Раасматриваются экспериментальные данные по технологии получения газообразного водорода с использованием пористого алюминия.

Ключевые слова: получение водорода, пористый алюминий.

Пористый алюминий (рис.1), получаемый при использовании в  шихте порошкообразного   алюминия в смеси с гидридом титана или с гидридом магния, которые при разложении в расплаве этой шихты выделяют водород и образуют поры в расплаве алюминия. При охлаждении эти поры в алюминии сохраняются, поэтому пористый алюминий имеет уникальную плотность 245 кг/м3,  т.е. в четыре раза легче воды и имеет теплопроводность близкую к теплопроводности воздуха, что является прекрасным теплоизоляционным материалом при повышенных температурах использования.

Данный пористый алюминий для наших испытаний на газопроизводитель- ность любезно был предоставлен зав. кафедрой МИСИС Солониным А.Н., который сообщил, что кроме гидрида титана в этом образце было заложено 1,5% окиси кальция.

Так как пористый алюминий явно легче воды, то все опыты проводим при полном его погружении в раствор.

Первое же испытание пористого образца было проведено на водопроводной воде методом погружения в течение 2-х часов.

Результат – абсолютно нейтрален – никакого выделения водорода. Второе испытание проведено на образце размером 1,5х1,5х1,5 см с поверхностью 13,5 см2 без учета пористости.  Вес такого образца 1 г.  Для испытания был приготовлен раствор 4 г NаОН на 1 л воды с РН =7,2. После  растворения щелочи  РН = 11,6.  Начальная температура раствора 210С.

Так как за это время выделилось всего 220 мл водорода, а ожидалось около 1 литра, то до полного выделения водорода при такой скорости химической реакции необходимо еще около 20 часов, поэтому  оборудование оставлено в рабочем состоянии на следующий день, и выделилось еще 710 мл водорода.

При этом замеренный остаток образца имел вес 0,4 г с чуть увеличенными порами  и размер 1,45х1,45х1,45 см, т.е объем уменьшился всего на 10%, а вес  уменьшился на 60%. Это значит толщина стенок между порами значительно уменьшилась за счет расходования алюминия. Весь алюминий не может израсходоваться из-за образования антикоррозионного сплава А1+Тi, который не склонен к инициированию водорода из воды.

Неожиданным является результат по образованию водорода от 0,6 г  израсходованного образца который составил: 0,925л/0,6г = 1,541л/г вместо теоретических 1,244л/г для чистого А1, т.е. это или добавка от кальция, то ли ошибка измерения из-за недостаточно просушенного образца и на самом деле остаток меньше  и соответственно вес израсходованного образца больше. Примечательным является и скорость выделения водорода в начале и в конце опыта. В начале 125 мл за полтора часа, а в конце за те же полтора часа всего 5 мл, Это говорит о почти полном расходовании реакционной .части образца в конце опыта.

Следующий опыт с полностью утопленным в воде образцом. Начальный вес 7,3г.  В образце такого же размера, как и на предыдущем опыте, сделано с четырех сторон сверления в которые поместили сухую щелочь в количестве 2,76г на 0,5л воды.

В данном испытании опыт прекратили досрочно через 2 часа с выделением 6 мл водорода в мин.

Следующее испытание было проведено на недоиспользованном образце, где сухая щелочь была помещена в порах. На этом испытании образец выполнял роль катода при электролизе. Роль анода выполняла медная пластина.  В качестве электролита применена обычная водопроводная вода.  После опыта: G = 600 µS,      pH = 8,5. Напряжение между анодом и катодом Uвх = 120 В. По сравнению с предыдущим испытанием газопроизводительность после 10мин примерно в 2 раза выше.

Следующее испытание  проведено на образце весом 1,92г с поверхностью 20,5см2 в растворе щелочи 4г/л.  В течение опыта раствор нагревался до 700С. Испытание закончено на  19 минуте  при переполнении измерительного цилиндра до 1150мл.  Результаты представлены в таблице 2 и на рис. 6.

Результаты данного испытания представлены в таблице 1 и на рис. 4.

Если считать, что израсходовано 0,94г алюминия с теоретической газопроизводительностью производительностью 1,244л/г, то теоретически должно выделиться 1,169л, а выделилось 1,150л, т.е. полнота выделения водорода 98%. В данном испытании вид газопроизводительности четко зависит от температуры раствора и естественно уменьшение реакционной поверхности.

И последнее испытание было проведено на образце весом 5,38г   размером 30х30х24,5 мм и с поверхностью 48 см2 в качестве катода. При этом электролиз проводился в электролите с концентрацией щелочи 4г/л и с подогревом до 700С.

Так как выделение водорода происходило очень интенсивно, то при каждом максимальном наполнении мерного цилиндра водорода до 1200мл пришлось каждый раз прерывать испытание и по новой снаряжать измерительную аппаратуру для следующего испытания. Таких испытаний на одном и том же образце было три, что представлено на таблицах 3-5.

Между  электродное напряжение установлено 19,8 В. Расстояние между электродами 45 мм.

Наложение выделения водорода на химически активном катоде за счет электролиза плюс выделение водорода за счет самой химической реакции:

2А1 +3Н2О = А12О3 + 3Н2, когда выделяется  1,244л/гА1  водорода.

Интересным является факт замер напряжения на ячейке после отключения тока, который показал 1,62 В.

Но после отключения тока выделение водорода продолжалось, и оно было замерено и составило 0,48л при этом за 2 часа такого замера температура снизилась с 65 градусов до 32. В начальный момент за 1 минуту выделялось 10мл водорода.  Если учесть, что между первым и вторым опытом на подготовку ушло 18 мин, то за это время выделилось как минимум 180мл водорода.

 Между вторым и третьим опытом тоже прошло 18 минут, то нужно учесть еще 180 мл водорода, и между третьим и четвертым опытом прошло 16 минут, т.е. еще выделилось 160 мл водорода.

Итого за всё время испытаний выделилось: 1,03 +1,05 +0,95 + 0,48 +0,18 +0,18 +0,16 = 4,03 л.

После всех этих этапов испытаний в остатке  после просушки и взвешивания образец имел вес 3,29г, т.е. израсходовано 2,09г пористого А1. Теоретически с такого количества максимум должно выделиться 2,6 л водорода, а выделилось на 1,43 л, т.е. это количество выделилось за счет электролиза.

Выводы:

1. Данные испытания показали эффективность выделения водорода при использовании в качестве катода пористый алюминий, в качестве электролита безопасный  раствор щелочи 4г/л и при ее нагреве до 700С.