Получение водорода с использованием нанопорошка алюминия

Для ряда важных применений в гражданской и военной области необходимы мобильные источники энергии. Техническое решение этой проблемы м.б. основано на применении энергоаккумулирующих веществ с хемотермическим эффектом, в частности использование генераторов водорода работающих на эффекте саморазогрева электровзрывных наночастиц алюминия (ALEX) в воде.

Из результатов [1 - 7] следует, что при взаимодействии с водой одного килограмма электровзрывного нанопорошка алюминия выделяется 1244,5 л водорода, который при сжигании дает 13,43 МДж тепла. Эффективность такого процесса получения водорода выше, чем в случае электролиза - окисление нанопорошка алюминия протекает на 100 %, т. е. применяемый материал используется полностью.

Данные [1 - 7] показывают, что особенности теплового режима процесса взаимодействия нанопорошков алюминия с водой приводят к появлению новых эффектов, которые не были известны для реакции с участием крупных порошков алюминия. В первую очередь -
это эффект саморазогрева наночастиц до температур, превышающих температуру окружающей воды на сотни градусов.

При использовании промышленного порошка алюминия микронного размера скорость выделения водорода составляет лишь 0,138 мл в секунду на 1 г порошка. При этом в конечный продукт - смесь оксидов и гидроксидов алюминия - превращается только 20...30 % исходного порошка. Исследования, показали, что нанопорошок алюминия по своей реакционной способности превосходят обычные промышленные порошки микронного размера. В то же время, скорость выделения водорода при взаимодействии нанопорошка алюминия с дистиллированной водой при 60 °С составляет 3 мл в секунду на 1 г порошка, при 80 °С - 9,5 мл в секунду на 1 г порошка, что превышает скорость выделения водорода при гидротермальном синтезе приблизительно в 70 раз. Другим преимуществом использования нанопорошка в данной реакции является то, что степень превращения алюминия составляет 98...100 % (в зависимости от температуры). Более того, введение в дистиллированную воду даже незначительных количеств щелочи приводит к значительному возрастанию скорости реакции: при увеличении рН раствора до 12 скорость выделения водорода возрастает до 18 мл в секунду на 1 г порошка при 25 °С. Скорость выделения водорода при растворении алюминия микронного размера в растворе, содержащем 8 г/л NaOH, при этой же температуре, составляет лишь 1 мл в секунду на 1 г порошка. Приведенные данные показывают, что электровзрывные нанопорошки алюминия, в отличие от компактного алюминия и крупных промышленных порошков, взаимодействуют с водой с большой скоростью и степенью превращения ~100 % и именно их применение позволит получать водород с достаточной скоростью при обычных условиях.

Литература

1. Проскуровская Л.Т. Физико-химические свойства электровзрывных ультрадисперсных порошков алюминия: Дис....к.х.н. - Томск, 1988. - 155 с.

2. Ильин А.П., Громов А.А. Горение алюминия и бора в сверхтонком состоянии. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. - 154 с.

3. Ляшко А.П. Особенности взаимодействия с водой и структура субмикронных порошков алюминия. Дисс. ... к.т.н. - Томск, 1988. - 178 с.

4. Годымчук А.Ю., Ильин А.П., Астанкова (Зыкова) А.П. Окисление нанопорошка алюминия в жидкой воде при нагревании// Известия ТПУ. 2007. Т. 310. №1. С.102-104.

5. Астанкова (Зыкова) А.П., Ильин А.П., Годымчук А.Ю. Влияние горячего водорода на процесс кипения воды// Известия ТПУ. 2007. Т. 310. №3. С.73-77.

6. Астанкова (Зыкова) А.П., Годымчук А.Ю., Громов А.А., Ильин А.П. О кинетике саморазогрева в реакции нанопорошка алюминия с жидкой водой// Журнал физической химии, 2008, Т. 82, №9, с. 1-9.