【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及廢水凈化的，具體而言，涉及燒結金屬多孔材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、人們日常生活和工業生產中會產生大量廢水。這些廢水中大多有含有含量超標的污染物，需要經過處理后排放。隨著氫能源產業的發展，社會對氫的需求量逐漸增大，而大規模、廉價地生產氫氣是開發和利用氫能的重要前提。如果能夠將上述廢水用來制氫，則有望將負擔變為動力。
2、在眾多的制氫方法中，電解廢水制氫的成本低、產物無污染、技術優勢明顯，但是仍存在以下問題需解決。傳統廢水制氫工藝首先需要對廢水中的有機物進行凈化處理和純化處理(通常是生化反應和芬頓氧化反應)，這樣可以減少有機物對電極材料使用造成不利影響，但是這樣會導致水處理的工藝較長，能耗較高。
3、在電解廢水制氫的過程中，陰極一般產生氫氣，陽極根據電解液的不同可以產生氧氣、氯氣、二氧化碳、二氧化硫等氣體。理想的陽極材料首先應當具備通用性，能夠在各種電解液中表現出較好電化學性能，例如，既可以用于析出氧氣，也可以用于析出氯氣。其次，為了在一定電能下得到盡可能高的電流密度和小的過電位，需要電極材料具有高表面積、高導電性、良好的催化活性、長期的機械和化學穩定性、廉價安全等特性。
4、通常，pt、pd、au等貴金屬被認為是具有優異高效電催化性能的電極材料。然而，在堿性水體中的電解過程涉及多過程的水解離，電解效率遠不及在酸性水體中，即便是采用貴金屬電極，對堿性水體的電解效率的提升也非常有限。并且，貴金屬的來源稀少、價格昂貴，無法實現大規模工業化生產。
5、因此，需要開發
技術實現思路
1、第一方面，本專利技術的主要目的在于提供燒結金屬多孔材料及其制備方法和應用，以解決現有技術中鎳合金陽極材料存在的通用性差、過電位高、電壓穩定性差、耐腐蝕較差的技術問題。
2、為了實現上述第一方面的目的，本專利技術首先提供了燒結金屬多孔材料及其制備方法，技術方案如下：
3、燒結金屬多孔材料，具有三種金屬層以及它們構成的層狀結構，三種金屬層均由ni元素和hf元素構成，三種金屬層中ni元素和hf元素的比例不相同。
4、作為上述的燒結金屬多孔材料的進一步改進：燒結金屬多孔材料的xrd圖譜中具有的物相包括hfni3金屬間化合物、hf3ni7金屬間化合物、hf單質和ni單質。
5、作為上述的燒結金屬多孔材料的進一步改進：燒結金屬多孔材料具有第一金屬層、包裹第一金屬層的第二金屬層以及包裹第二金屬層的第三金屬層，ni元素含量：第一金屬層＞第二金屬層＞第三金屬層。
6、作為上述的燒結金屬多孔材料的進一步改進：所述第一金屬層為多個且間隔排列。
7、燒結金屬多孔材料的制備方法，包括步驟：
8、將ni粉和hf粉球磨混合，得到混合粉；
9、向混合粉中加入成形助劑，然后造粒和過篩，得到成形顆粒；
10、將成形顆粒壓制成形，得到坯體；
11、對坯體進行分段升溫燒結處理；
12、對坯體進行分段降溫冷卻處理，即得到燒結金屬多孔材料。
13、作為上述的燒結金屬多孔材料的制備方法的進一步改進：分段升溫燒結處理在真空度下進行，升溫過程具體為：從室溫開始升溫至燒結溫度，期間每升溫50～150℃后保溫40～80min，升至燒結溫度后保溫150～200min，燒結溫度為1250～1350℃，每次升溫的升溫速率為4～7℃/min。
14、作為上述的燒結金屬多孔材料的制備方法的進一步改進：分段升溫燒結處理過程為：
15、第一階段為從室溫升溫到400℃，保溫60min；
16、第二階段為繼續升溫到500℃，保溫60min；
17、第三階段為繼續升溫到600℃，保溫60min；
18、第四階段為繼續升溫到700℃，保溫60min；
19、第五階段為繼續升溫到800℃，保溫60min；
20、第六階段為繼續升溫到900℃，保溫60min；
21、第七階段為繼續升溫到1000℃，保溫60min；
22、第八階段為繼續升溫到1100℃，保溫60min；
23、第九階段為繼續升溫到1300℃，保溫18min。
24、作為上述的燒結金屬多孔材料的制備方法的進一步改進：分段降溫冷卻處理在真空度下進行，降溫過程具體為：
25、第一階段為從燒結溫度降溫800～9000℃，降溫速率為10～15℃/min；
26、第二階段為繼續降溫至400～500℃，降溫速率為4～7℃/min；
27、第三階段為繼續降溫至100℃以下，降溫速率為15～20℃/min，即得到燒結金屬多孔材料。
28、為了實現上述第一方面的目的，本專利技術其次提供了電解制氫裝置以及電解制氫方法，技術方案如下：
29、電解制氫裝置，具有陽極，陽極采用上述第一方面所述的燒結金屬多孔材料。
30、電解制氫方法，采用上述的電解制氫裝置對堿性水體進行電解處理。
31、上述第一方面所述的燒結金屬多孔材料及其制備方法和應用具有以下優點：
32、(1)在本專利技術中，hf(鉿)位于第3族，是早期過渡金屬元素，ni位于第10族，是后期過渡金屬元素。鈣鈦礦氧化物的水裂解活性與過渡金屬離子中的d軌道電子數密切相關，即早期過渡金屬氧化物活性較低，后期過渡金屬氧化物活性較高。本專利技術通過早期過渡金屬元素和晚期過渡金屬元素的協同作用，有效降低重要中間體(oh*，o*，ooh*)的反應能壘，大大提高整體水裂解效率。
33、(2)本專利技術的燒結金屬多孔材料幾乎不含固溶體合金，金屬元素主要以金屬間化合物存在，由于金屬鍵與共價鍵的混合鍵存在形式，能夠進一步優化材料的電子結構，一方面具有明顯更好的強度和耐腐蝕性，另一方面可以促進電解過程中離子的吸附與釋放，降低電解液體系電解液中水的解離能壘，提高電解效率，表現出良好的催化活性和穩定性。
34、(3)本專利技術采用元素粉末反應合成法制備的燒結金屬多孔材料具有微米級孔隙，可以大大提高材料的比表面積，提供足夠的活性位點。同時，微米級孔隙提供了氣體逸出的通道，避免了氣體在電極表面的富集覆蓋催化活性位點。
35、(4)本專利技術的燒結金屬多孔材料具有ni含量分布不同的層狀結構，其中，內層的ni含量較高，有利于提高耐腐蝕性能，外層的ni含量較少，能夠提供充足的可溶性金屬離子，進而有助于兼顧陽極材料的穩定性和反應活性。并且，多層結構以及ni含量的梯度分布有利于在電極表面建立電勢梯度，促進離子傳輸和電化學反應，可以實現對電化學過程的精細調控，提高電解效率。
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【技術保護點】
1.燒結金屬多孔材料，其特征在于：具有三種金屬層以及它們構成的層狀結構，三種金屬層均由Ni元素和Hf元素構成，三種金屬層中Ni元素和Hf元素的比例不相同。
2.如權利要求1所述的燒結金屬多孔材料，其特征在于：燒結金屬多孔材料的XRD圖譜中具有的物相包括HfNi3金屬間化合物、Hf3Ni7金屬間化合物、Hf單質和Ni單質。
3.如權利要求1所述的燒結金屬多孔材料，其特征在于：燒結金屬多孔材料具有第一金屬層、包裹第一金屬層的第二金屬層以及包裹第二金屬層的第三金屬層，Ni元素含量：第一金屬層＞第二金屬層＞第三金屬層。
4.如權利要求3所述的燒結金屬多孔材料，其特征在于：所述第一金屬層為多個且間隔排列。
5.權利要求1-4之一所述的燒結金屬多孔材料的制備方法，其特征在于：包括步驟：
6.如權利要求5所述的燒結金屬多孔材料的制備方法，其特征在于：分段升溫燒結處理在真空度下進行，升溫過程具體為：從室溫開始升溫至燒結溫度，期間每升溫50～150℃后保溫40～80min，升至燒結溫度后保溫150～200min，燒結溫度為1250～135
7.如權利要求6所述的燒結金屬多孔材料的制備方法，其特征在于：分段升溫燒結處理過程為：
8.如權利要求5所述的燒結金屬多孔材料的制備方法，其特征在于：分段降溫冷卻處理在真空度下進行，降溫過程具體為：
9.電解制氫裝置，具有陽極，其特征在于：陽極采用權利要求1-4之一所述的燒結金屬多孔材料，或采用權利要求5-8之一所述的制備方法制備得到的燒結金屬多孔材料。
10.電解制氫方法，其特征在于：采用權利要求9所述的電解制氫裝置對堿性水體進行電解處理。
...【技術特征摘要】
1.燒結金屬多孔材料，其特征在于：具有三種金屬層以及它們構成的層狀結構，三種金屬層均由ni元素和hf元素構成，三種金屬層中ni元素和hf元素的比例不相同。
2.如權利要求1所述的燒結金屬多孔材料，其特征在于：燒結金屬多孔材料的xrd圖譜中具有的物相包括hfni3金屬間化合物、hf3ni7金屬間化合物、hf單質和ni單質。
3.如權利要求1所述的燒結金屬多孔材料，其特征在于：燒結金屬多孔材料具有第一金屬層、包裹第一金屬層的第二金屬層以及包裹第二金屬層的第三金屬層，ni元素含量：第一金屬層＞第二金屬層＞第三金屬層。
4.如權利要求3所述的燒結金屬多孔材料，其特征在于：所述第一金屬層為多個且間隔排列。
5.權利要求1-4之一所述的燒結金屬多孔材料的制備方法，其特征在于：包括步驟：
6.如權利要求5所述的燒...
【專利技術屬性】
技術研發人員：何志，吳靚，趙聰，何珂橋，
申請(專利權)人：四川思達能環保科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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