СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА И ЩЕЛОЧНОГО РАСТВОРА ВОДЫ
METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN BASED ON CHEMICAL REACTION OF ALUMINIUM ALLOY AND ALKALINE WATER SOLUTION

Изобретение относится к способам получения водорода для различных потребностей народного хозяйства: для сухопутного и водного транспорта.
Известен способ получения водорода на основе химической реакции электролиза алюминиевого сплава и щелочного раствора воды в заполненном электролитом электролизере, в котором расположены анод и катод (Патент РФ №2532561, МПК С25В 1/04, 2012 г.).
Согласно этому способу в качестве электролита использована морская вода с содержанием соли от 3,5 до 40 г/л, а катод электролизера выполнен из активированного алюминиевого сплава. Изобретение позволяет повысить эффективность получения водорода и уменьшить габариты и массу электролизера.
Недостаток этого способа в его низкой производительности.
Техническим результатом разработки является увеличение производительности процесса.
Заявленный результат достигается способом получения водорода на основе химической реакции электролиза алюминиевого сплава и щелочного раствора воды в заполненном электролитом электролизере, в котором расположены анод и катод, в качестве которого используют пористый алюминий с содержанием окиси кальция 1,5%, помещают его в раствор с содержанием щелочи от 0,2% до 1% и ведут реакцию при температуре от 15°C до 70°C, с использованием воды с pН от 7 до 12.
В предложенном способе увеличение производительности процесса получения водорода достигается за счет использования пористого алюминия, получаемого при использовании в шихте порошкообразного алюминия в смеси с добавками окиси кальция, наличие которой в оптимизированных режимах проведения реакции способствует коррозии, и как следствие этого выделению водорода.
Изобретение поясняют примерами.
Пример 1
Испытание проведено на образце размером 1,5×1,5×1,5 см с поверхностью 13,5 см без учета пористости. Вес такого образца 1 г. Для испытания был приготовлен раствор 4 г NaOH на 1 л воды с pН=7,2. После растворения щелочи pН=11,6. Начальная температура раствора 21°C.
Неожиданным является результат по образованию водорода от 0,6 г израсходованного образца, который составил: 0,925 л/0,6 г=1,541 л/г вместо теоретических 1,244 л/г для чистого А1. 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.
Пример 2
Испытание проведено на образце массой 7,3 г. В образце такого же размера, как в примере 1, с четырех сторон сделаны сверления, в которые поместили сухую щелочь в количестве 2,76 г на 0,5 л воды.
Выделение водорода происходит плавно с постепенным уменьшением. В данном испытании опыт прекратили через 2 часа с выделением водорода 6 мл/мин.
Пример 3
Испытание проведено на недоиспользованном образце по примеру 2, 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.
Результаты данного испытания представлены в таблице 1,
где Q - количество водорода, выделившееся к данному моменту времени,
ΔQ - количество водорода, выделившееся за данный промежуток времени.
По сравнению с результатами испытаний по примеру 2 выход водорода примерно в 2 раза выше.
Пример 4
2
Испытание проведено на образце массой 1,92 г с поверхностью 20,5 см в растворе щелочи 4 г/л. В течение опыта раствор нагревался до 70°C при pH=11,6; в конце опыта масса образца равнялась 0,98 г, т.е. израсходовано 0,94 г образца. Испытание закончено на 19 минуте при переполнении измерительного цилиндра до 1150 мл.
Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Полнота выделения водорода составила 98%. Из представленных в таблице 2 результатов видно, как газовыделение зависит от температуры раствора.
Пример 5
2
Испытание было проведено на образце, в качестве которого использовали пористый алюминий с содержанием окиси кальция 1,5%, весом 5,38 г размером 30×30×24,5 мм и с поверхностью 48 см. При этом электролиз проводился в электролите с концентрацией щелочи 4 г/л и с подогревом до 70°C с использованием воды с pН от 7 до 12.
Так как выделение водорода происходило очень интенсивно, то при каждом максимальном наполнении мерного цилиндра водорода до 1200 мл 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.
Таким образом, при оптимальном режиме проведения способа (пример 5) за время испытаний выделилось 4,03 л водорода. Согласно известному способу с такого количества алюминиевого сплава максимум должно выделиться 2,6 л водорода, а согласно изобретению выделилось на 1,43 л больше.
Использование предложенного способа позволяет увеличить производство водорода для промышленных целей.