專利名稱：一種制備氫化鎂的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備氫化鎂的方法，還涉及一種制備氫化鎂的裝置。
背景技術：
氫化鎂(MgH2)，又稱二氫化鎂，是一種無機鹽，外觀呈灰白色粉末，晶體結構是四方晶系，密度為1.45g/cm3。MgH2屬共價型氫化物，其形成焓為-74. 5kJ/mol，在常溫常壓下穩(wěn)定性較高，吸放氫溫度一般高達623-673K。MgH2在真空下，280°C分解。MgH2呈弱堿性，不溶于一般有機溶劑，易燃而且具有刺激性。MgH2不能用來代替氫化鈣作為氫源或干燥劑，也不能代替氫化鈉在有機反應中作為堿性縮合劑，因其堿性太弱，但可形成聚合物，故可用來制備無機聚合型氫化物及用于焰火。MgH2是很強的還原劑，與水接觸足以產生氫氣；與甲醇接觸，生成醇鎂及氫氣。與氫化硼或氫化招作用，可生成雙氫化物。MgH2的含氫量高達7. 65%，具有廣泛的潛在用途作為儲氫材料，從理論儲氫容量而言，它是金屬儲氫材料中的首選；用于制氫，它可以在常溫下發(fā)生水解反應釋放出氫氣， 適合于作為即時制氫的便攜式氮源；另外，MgH2因為上述的性質還可以用作催化劑、還原劑和制取聞純金屬粉末等。目前，MgH2的制備方法主要有兩種一種是用烷基鎂進行熱分解；另一種是以鎂粉為原料，在加壓、加熱下直接與氫反應而得。但上述的鎂粉的氫化過程需要有較高的溫度和氫壓等條件(溫度300-400°C， 10-15MPa)。目前市售的多晶MgH2粉末不僅價格昂貴，而且晶粒尺寸粗大，用作儲氫材料時， 吸放氫動力學極其緩慢；水解制氫時也由于生成Mg (OH) 2鈍化膜包覆在未反應的MgH2表面， 導致水解反應速度顯著下降或反應無法繼續(xù)進行，因此無法直接用于儲氫或水解制氫。

發(fā)明內容
本發(fā)明第一方面所要解決的技術問題是提供一種制備氫化鎂的裝置。本發(fā)明通過以下技術方案解決上述技術問題，達到本發(fā)明的目的。一種制備氫化鎂的裝置，包括反應爸,所述反應爸包括敞口的反應爸本體及封閉住所述敞口的蓋體；插板閥門，所述插板閥門設置在所述反應釜內，位于所述反應釜的中部，將所述反應釜分隔為上部和下部；第一加熱線圈，所述第一加熱線圈設置于所述反應釜的下部；第二加熱線圈，所述第二加熱線圈設置于所述反應釜的上部；第一進氣口，所述第一進氣口設置于所述反應釜的上部的側壁；進出氣口，所述進出氣口設置于所述反應釜的上部的側壁；出氣口，所述出氣口設置于所述反應釜的上部的側壁。本發(fā)明的制備氫化鎂的裝置，結構簡單。因為設置了所述反應釜和所述第一加熱線圈，可以允許鎂粉在本發(fā)明的裝置中變成鎂蒸汽并遇冷凝結成鎂顆粒，再與氫氣反應。第一加熱線圈的作用為了將Mg塊蒸發(fā)凝結成Mg粉；第二加熱線圈的作用是加熱使Mg和H2反應；反應釜分為上下部，并設置兩個加熱線圈，有利于反應的控制。本發(fā)明實施時，優(yōu)選地，所述制備氫化鎂的裝置還包括真空泵，所述真空泵與所述出氣口連接。所述真空泵用于將所述反應釜抽真空。本發(fā)明實施時，優(yōu)選地，所述制備氫化鎂的裝置還包括氫氣源，所述氫氣源與所述第一進氣口連接。所述氫氣源負責向所述反應釜中提供氫氣，并形成氫壓。本發(fā)明實施時，優(yōu)選地，所述制備氫化鎂的裝置還包括隔熱層，所述隔熱層包裹所述第二加熱線圈。所述隔熱層用于隔熱，以保持所述反應釜中的反應溫度。進一步，所述隔熱層是石棉層。本發(fā)明實施時，優(yōu)選地，所述制備氫化鎂的裝置還包括第一控制電源，所述第一控制電源與所述第一加熱線圈連接。所述第一控制電源用于控制輸送給所述第一加熱線圈的電流。本發(fā)明實施時，優(yōu)選地，所述制備氫化鎂的裝置還包括第二控制電源，所述第二控制電源與所述第二加熱線圈連接。所述第二控制電源用于控制輸送給所述第二加熱線圈的電流。本發(fā)明的所要解決的第二方面的技術問題是提供一種制備氫化鎂的方法。一種制備氫化鎂的方法，采用前面所述的制備氫化鎂的裝置，包括以下步驟I)將鎂塊裝入敞口容器，然后置于所述第一加熱線圈中；2)密封所述反應釜并關閉所述第一進氣口、進出氣口和所述出氣口 ；3)從所述出氣口將所述反應釜抽真空，然后關閉所述出氣口 ；4)在所述反應釜的真空環(huán)境中，通過所述第一加熱線圈將所述鎂塊加熱蒸發(fā)成鎂蒸氣，部分的所述鎂蒸氣在所述反應釜的上部凝結成鎂粉；5)關閉所述插板閥門并斷開所述第一加熱線圈，從所述第一進氣口向所述反應釜中充入氫氣；6)通過所述第二加熱線圈加熱，并保溫，讓所述鎂粉、所述鎂蒸氣和所述氫氣進行反應;7)斷開所述第二加熱線圈，冷卻，讓生成的所述氫化鎂沉積在所述反應釜的內壁上；8)鈍化，收集得到所述氫化鎂。在本發(fā)明實施時，優(yōu)選地，在所述步驟3)中，所述將反應釜抽真空是抽真空至 I (T3-I (T2Pa。在本發(fā)明實施時，優(yōu)選地，在所述步驟4)中，所述將鎂塊加熱蒸發(fā)成鎂蒸氣是加熱至 650-750°C。在本發(fā)明實施時，優(yōu)選地，在所述步驟6)中，所述加熱是加熱至350_420°C，所述保溫的時間是IOh 20h。本發(fā)明利用鎂粉、鎂蒸氣制備氫化鎂，制備的工藝簡單、高效，只需將Mg塊放入設備就可以原位制取氫化鎂，制得的氫化鎂純度高。以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體特征及產生的技術效果作進一步說明，以使本領域的技術人員充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖I是本發(fā)明所述的制備氫化鎂的裝置的結構示意圖。圖2是實施例I中反應生成的白色粉末的XRD圖譜。圖3是實施例2中反應生成的白色粉末的XRD圖譜。圖4是實施例I中反應生成的白色粉末的DSC/TGA曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明的制備氫化鎂的方法，總體而言，包括以下步驟a)將反應容器抽真空；b)在反應容器的真空環(huán)境中，將鎂塊加熱蒸發(fā)成鎂蒸氣，部分的鎂蒸氣在反應容器的上部凝結成鎂粉；c)向反應容器中充入氫氣；d)加熱，并保溫，讓鎂粉、鎂蒸氣和氫氣進行反應；e)冷卻，讓生成的氫化鎂沉積在反應容器的內壁上；f)鈍化，收集得到氫化鎂。在步驟a)中，將反應容器抽真空是抽真空至10_3_10_2Pa。在步驟b)中，將鎂塊加熱蒸發(fā)成鎂蒸氣是加熱至650-750°C。在步驟c)中，充入氫氣直至壓強為5-8MPa。在步驟 d)中，加熱是加熱至350-420°C然后保溫，保溫的時間是IOh 20h。如圖I所示，為了實現上面的方法，本發(fā)明提出了下面的一種制備氫化鎂的裝置。 這種制備氫化鎂的裝置包括反應釜I、插板閥門2、第一加熱線圈3、第二加熱線圈、第一進氣口 121、進出氣口(圖中未示出)、出氣口 122、真空泵5、氫氣源6、隔熱層7、第一控制電源8、第二控制電源9。反應爸I為不銹鋼反應爸,反應爸I包括敞口的反應爸本體及封閉住敞口的蓋體。 插板閥門2設置在反應釜I內，位于反應釜I的中部，將反應釜I分隔為上部12和下部11 ； 第一加熱線圈3設置于反應釜I的下部11 ;第二加熱線圈設置于反應釜I的上部12，圍繞反應釜I的上部的外側面而設；第一進氣口 121設置于反應釜I的上部12的側壁，進出氣口也設置于反應釜I的上部12的側壁；出氣口 122設置于反應釜I的上部的側壁。真空泵 5與出氣口 122連接。氫氣源6與第一進氣口 121連接，氫氣源6優(yōu)選為氫氣鋼瓶。隔熱層7包裹第二加熱線圈，隔熱層7優(yōu)選為石棉層。第一控制電源8與第一加熱線圈3連接。 第二控制電源9與第二加熱線圈連接。本具體實施方式
中的制備氫化鎂的裝置，還設置有熱電偶、壓力表。壓力表設置在反應釜的蓋體上。熱電偶和壓力表的設置方式是本領域技術人員所熟知的，在此不再贅述。使用本具體實施方式
的裝置，具體實施本發(fā)明的制備氫化鎂的方法的步驟如下I)打開反應釜I的蓋體、插板閥門2，將鎂塊裝入敞口容器4，然后置于第一加熱線圈3中，敞口容器4優(yōu)選陶瓷坩堝；2)關閉反應釜I的蓋體，密封反應釜I并關閉進氣口 121、進出氣口和出氣口 122 ；3)打開出氣口 122，用真空泵5從出氣口 121將反應釜I抽真空至10_3_10_2Pa，然后關閉出氣口 122 ；4)通過第一控制電源8閉合第一加熱線圈3，在反應釜I的真空環(huán)境中，通過第一加熱線圈3將鎂塊加熱加熱至650-750°C，使鎂塊蒸發(fā)成鎂蒸氣，部分的鎂蒸氣在反應釜的上部減結成續(xù)粉；5)關閉插板閥門2并通過第一控制電源8斷開第一加熱線圈3，用真空泵5從進氣口 121向反應釜中充入氫氣，至氣壓為5-8MPa ；6)通過第二控制電源9閉合第二加熱線圈，通過第二加熱線圈加熱至350_420°C 然后保溫，讓鎂粉、鎂蒸氣和氫氣進行反應，保溫的時間是IOh 20h ；7)通過第二控制電源9斷開第二加熱線圈，冷卻，讓生成的氫化鎂沉積在反應釜I 的內壁上；8)鈍化，然后打開反應釜I的蓋體，用不銹鋼鋼勺刮下沉積在反應釜I內壁的沉積物，收集得到氫化鎂。具體的鈍化方式是，打開進出氣口，抽出反應剩余的H2,放入空氣。
在以下實施例中，采用D/max 2550VL/PCX射線衍射儀(Cu_K α )進行XRD測試。實施例II)打開反應釜I的蓋體、插板閥門2，將純Mg塊裝入陶瓷坩堝(口徑略小于第一加熱線圈3)，然后置于反應釜I下部11的第一加熱線圈3中；2)關閉反應釜I的蓋體、進氣口 121、進出氣口和出氣口 122，將反應釜I密封；3)打開真空泵5和出氣口 122，抽真空至10_2Pa，然后關閉真空泵5和出氣口 122 ；4)打開第一控制電源8,第一加熱線圈3工作,加熱至650°C,使Mg塊蒸發(fā)，Mg蒸氣到反應釜I上部12遇冷會沉積到反應釜的內壁上，加熱至650°C所用的時間為5個小時；5)關閉插板閥門2和第一控制電源8,充入H2至6MPa ；6)打開第二控制電源9，第二加熱線圈工作，加熱至350°C然后保溫，使Mg和H2充分反應，保溫時間為20個小時；7)關閉第二加熱線圈，使反應釜I自然冷卻，粉末沉積在反應釜I內壁上；8)鈍化后收集得到白色的粉末。對上述所制得的白色的粉末進行XRD(X射線衍射譜)測試。如圖2所示，依次在下列角度處出現MgH2的晶面特征峰(括號前是角度，括號中是對應的晶面)28. 1(110)、 35. 920(101)、40· 089(200)、54· 747(211)、57· 543(220)、61· 539(002)、64· 425(310)、 68. 766(112)、70· 178(301)、75· 891 (202)、83· 599(321)、89· 333 (222)、92· 790(330)、 96.011(312),96. 966(411),99. 301 (420)，如圖2所示，MgH2的晶面特征峰很尖銳說明晶體含量較多，晶體比較純；Mg和MgO有少量的特征峰出現而且相對強度低；故乂1 圖譜顯示制得的粉末中MgH2純度高。圖4為制得的白色的粉末(加熱時間為25個小時)的DSC/TGA曲線圖，測試在德國耐馳STA 449F3型DSC/TGA儀器中進行，測試條件氬氣氣氛，流速30ml/ min ;升溫速率10°C /min ;溫度范圍為20_550°C。圖4中的DSC曲線在440°C左右有一個吸熱峰，與MgH2的放氫溫度相符，證明了 MgH2的生成。實施例2I)打開反應釜I的蓋體、插板閥門2，將純Mg塊裝入陶瓷坩堝(口徑略小于第一加熱線圈3)，然后置于反應釜I下部11的第一加熱線圈3中；2)關閉反應釜I的蓋體、進氣口 121、進出氣口和出氣口 122，將反應釜I密封；
3)打開真空泵5和出氣口 122，抽真空至10_2Pa，然后關閉真空泵5和出氣口 122 ；4)打開第一控制電源8，第一加熱線圈3工作，加熱至700°C，使Mg塊蒸發(fā)，Mg蒸氣到反應釜I的上部12遇冷會沉積到反應釜的內壁上，加熱至700°C所用時間為5個小時；5)關閉插板閥門2和第一控制電源8，充入H2至8MPa ；6)打開第二控制電源9，第二加熱線圈工作，加熱至400°C然后保溫，使Mg和H2充分反應，保溫時間為20個小時；7)關閉第二加熱線圈，使反應釜I自然冷卻，粉末沉積在反應釜I內壁上；8)鈍化后收集得到白色的粉末。對上述所制得的白色的粉末進行XRD (X射線衍射譜)測試如圖3所示，依次在下列角度處出現MgH2的晶面特征峰(括號前是角度，括號中是對應的晶面)28. 1(110)、 35. 920(101)、40· 089(200)、54· 747(211)、57· 543(220)、61· 539(002)、64· 425(310)、 68. 766(112)、70· 178(301)、75· 891 (202)、83· 599 (321)、89· 333 (222)、92· 790(330)、 96. 011(312),96. 966 (411)、99. 301 (420)。如圖3所示，XRD圖譜顯示制得的粉末中MgH2純度高。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創(chuàng)造性勞動就可以根據本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種制備氫化鎂的裝置，其特征在于，包括反應爸，所述反應爸包括敞口的反應爸本體及封閉住所述敞口的蓋體；插板閥門，所述插板閥門設置在所述反應釜內，位于所述反應釜的中部，將所述反應釜分隔為上部和下部；第一加熱線圈，所述第一加熱線圈設置于所述反應釜的下部；第二加熱線圈，所述第二加熱線圈設置于所述反應釜的上部；第一進氣口，所述第一進氣口設置于所述反應釜的上部的側壁；進出氣口，所述進出氣口設置于所述反應釜的上部的側壁；出氣口，所述出氣口設置于所述反應釜的上部的側壁。
2.如權利要求I所述的制備氫化鎂的裝置，其特征在于，還包括真空泵，所述真空泵與所述出氣口連接。
3.如權利要求I所述的制備氫化鎂的裝置，其特征在于，還包括氫氣源，所述氫氣源與所述第一進氣口連接。
4.如權利要求I所述的制備氫化鎂的裝置，其特征在于，還包括隔熱層，所述隔熱層包裹所述第二加熱線圈。
5.如權利要求I所述的制備氫化鎂的裝置，其特征在于，還包括第一控制電源，所述第一控制電源與所述第一加熱線圈連接。
6.如權利要求I所述的制備氫化鎂的裝置，其特征在于，還包括第二控制電源，所述第二控制電源與所述第二加熱線圈連接。
7.一種制備氫化鎂的方法，其特征在于，米用如權利要求1-6任一項所述的制備氫化鎂的裝置，包括以下步驟1)將鎂塊裝入敞口容器，然后置于所述第一加熱線圈中；2)密封所述反應釜并關閉所述第一進氣口、進出氣口和所述出氣口；3)從所述出氣口將所述反應釜抽真空，然后關閉所述出氣口；4)在所述反應釜的真空環(huán)境中，通過所述第一加熱線圈將所述鎂塊加熱蒸發(fā)成鎂蒸氣，部分的所述鎂蒸氣在所述反應釜的上部凝結成鎂粉；5)關閉所述插板閥門并斷開所述第一加熱線圈，從所述第一進氣口向所述反應釜中充入氫氣;6)通過所述第二加熱線圈加熱，并保溫，讓所述鎂蒸氣、所述鎂粉和所述氫氣進行反應；7)斷開所述第二加熱線圈，冷卻，讓生成的所述氫化鎂沉積在所述反應釜的內壁上；8)鈍化，收集得到所述氫化鎂。
8.如權利要求7所述的制備氫化鎂的方法，其特征在于在所述步驟3)中，所述將反應釜抽真空是抽真空至10-3-10_2Pa。
9.如權利要求7所述的制備氫化鎂的方法，其特征在于在所述步驟4)中，所述將鎂塊加熱蒸發(fā)成鎂蒸氣是加熱至650-750°C。
10.如權利要求7所述的制備氫化鎂的方法，其特征在于在所述步驟6)中，所述加熱是加熱至350-420°C，所述保溫的時間是IOh 20h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備氫化鎂的方法，還涉及一種制備氫化鎂的裝置。一種制備氫化鎂的裝置，包括反應釜；插板閥門，所述插板閥門設置在所述反應釜內，位于所述反應釜的中部，將所述反應釜分隔為上部和下部；第一加熱線圈，所述第一加熱線圈設置于所述反應釜的下部；第二加熱線圈，所述第二加熱線圈設置于所述反應釜的上部；第一進氣口，所述第一進氣口設置于所述反應釜的上部的側壁；進出氣口，所述進出氣口設置于所述反應釜的上部的側壁；出氣口，所述出氣口設置于所述反應釜的上部的側壁。一種制備氫化鎂的方法，采用前面所述的制備氫化鎂的裝置。本發(fā)明解決了現在制備氫化鎂需要較高溫度和較高的氫壓的技術問題。
文檔編號C01B6/04GK102583244SQ20121003753
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權日2012年2月17日
發(fā)明者丁文江, 曾小勤, 鄒建新, 郭皓 申請人:上海交通大學