СМЕСЬ ГИДРОРЕАГИРУЮЩАЯ Российский патент 2008 года по МПК C01B3/00 B22F9/20 B82B1/00 

Изобретение относится к области производства тепловыделяющих элементов и получения водорода, конкретно к металлическим составам, взаимодействующим с водой с выделением тепла и водорода, и может применяться в комбинированных термоэлементах, в топливных элементах для генерации электрического тока, в промышленных и бытовых газогенераторах, в химии, металлургии и т.д.

Известны смесь для получения водорода (Авт. св. №1444295, МПК С01И 3/08 опубл. 15.12.1988 г.) на основе порошка магния, содержащая порошок никеля (20-30 мас.%) и кремния (0,15-0,5 мас.%) и смесь (авт.св. №1134538, опубл. 15.01.1985 г.) на основе порошка никеля (49-51,8 мас.%) и порошка меди (3,0-6,0 мас.%).

Недостатками этих смесей являются: относительная высокая себестоимость, особые условия хранения и низкий коэффициент полезного действия из-за большого содержания никеля, не дающего водорода в реакции с водой.

Наиболее близкой по химической сущности к предлагаемому составу смеси, выбранной нами за прототип, является смесь гидрореагирующая (патент РФ 2131841 С1, МПК С1, опубл. 20.06.1999 г.), которая содержит порошок алюминия крупностью 1÷200 мкм (90÷50 мас.%) и магния крупностью 50-500 мкм, легированный никелем (10÷50 мас.%), при этом количество легирующего никеля в порошке магния составляет 0,5÷3,0 мас.%

Недостатком данного состава является то, что при его использовании достигается относительно небольшое значение скорости роста температуры (25÷45°С/мин). Легирование порошка магния никелем усложняет процесс приготовления гидрореагирующей смеси, а также присутствие в составе смеси никеля снижает выход водорода и тепла на 10-15% и приводит к небольшому удорожанию смеси. Алюминиевый и магниевый порошки взаимодействуют с водой с выделением тепла (Q)

2Al+6Н₂O→2Al(ОН)₃+3H₂↑,Q=918,2 кДж/моль,Mg+2Н₂O→Mg(OH)₂+Н₂↑,Q=354,1 кДж/моль

Согласно приведенным термохимическим уравнениям реакций при окислении водой магния выделяется меньшее количество теплоты, а также для получения 22,4 л (1 моля) водорода (H₂) требуется 24 г магния, в то время как для получения такого же объема водорода из алюминия нужно 18 г алюминия.

Основным техническим результатом предложенного нами решения является повышение скорости тепловыделения в 2÷10 раз.

Основной технический результат достигается тем, что гидрореагирующая смесь, включающая порошок алюминия и активирующую добавку, согласно предложенному решению содержит промышленный порошок алюминия ТУ, нанопорошок алюминия с размером частиц 70÷120 нм и активирующую добавку в виде гидроксида натрия при следующих соотношениях, мас.%:

промышленный порошок «АСД-1»67÷79нанопорошок алюминия30÷14гидроксид натрия3÷7

В известных технических решениях не имеется признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа.

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Пример конкретного исполнения.

Компоненты гидрореагирующей смеси - порошок «АСД-1» крупностью 80 мкм, нанопорошок алюминия крупностью частиц 70÷120 нм, а также гранулированный гидроксид натрия крупностью 1,0÷2,5 мм в массовых соотношениях, указанных в таблице, при постоянном перемешивании одновременно добавляют в воду комнатной температуры (21÷23°С).

Согласно термохимическому уравнению реакции окисления алюминия водой при взаимодействии алюминия с водой выделяются тепло и молекулярный водород, то есть температура воды будет расти по мере выделения водорода. Следовательно, скорость роста температуры прямо пропорциональна величине скорости выделения водорода.

В таблице приведены данные по применению гидрореагирующей смеси для получения тепла и водорода

№Состав смесиТемпература воды после добавления смеси в воду, °C*Взаимодействие порошков Al с водойСодержание компонента, мас.%Максим. скорость роста температуры, °С/минПримечаниеАСД-1нанопорошок AlNaOH 890839,21,2Низкая скорость роста температуры 884839,21,2 857839,26,0 8210839,215,9 7914737,130,6Заявляемый состав 7618635,453,4 7322533,879,2 7026431,5111,6 6730329,272,6 6434228,65,4Низкая скорость роста температуры 6138125,0-* - температуру определяли с использованием хромель-алюмелевой термопары и самописца КСП-4.

Таким образом, как следует из данных таблицы, требуемое значение скорости роста температуры достигается при использовании смеси, включающей компоненты в следующих соотношениях: порошок «АСД-1» - 67÷79 мас.%, нанопорошок алюминия - 14-30 мас.% и гранулированный гидроксид натрия в количестве 7-3 мас.% Экспериментальные результаты показали, что, если в воду добавлять смесь при других содержаниях предлагаемых компонентов, то скорость роста температуры, а следовательно скорость выделения водорода будет значительно ниже.

При добавлении в воду предложенного состава гидрореагирующей смеси скорость роста температуры, а следовательно, скорость выделения водорода увеличивается в 2÷10 раз по сравнению со значениями, указанными в прототипе. Кроме того, компоненты смеси не требуют особого хранения (достаточно условно-герметичной тары).

Изобретение относится к металлическим составам, взаимодействующим с водой с выделением тепла и водорода, и может применяться в комбинированных термоэлементах, в топливных элементах для генерации электрического тока, в промышленных и бытовых газогенераторах, в химии, металлургии. Гидрореагирующая смесь содержит промышленный порошок алюминия АСД-1 и нанопорошок алюминия с размером частиц 70÷120 нм, а также активирующую добавку - гранулированный гидроксид натрия при следующем соотношении компонентов, % мас.: промышленный порошок АСД-1 67÷79, нанопорошок алюминия 30÷14; гидроксид натрия 3÷7. Изобретение позволяет повысить скорость тепловыделения в 2÷10 раз. 1 табл.

Гидрореагирующая смесь, включающая порошок алюминия и активирующую добавку, отличающаяся тем, что смесь содержит промышленный порошок алюминия АСД-1 и нанопорошок алюминия с размером частиц 70÷120 нм, а в качестве активирующей добавки - гранулированный гидроксид натрия при следующем соотношении, мас.%:

промышленный порошок «АСД-1»67÷79нанопорошок алюминия30÷14гидроксид натрия3÷7