液相化学氢存储材料制氢研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
科 学 论 坛
液相化学氢存储 材料制氢研 究
王 颖
（ 大 唐长春第三热 电厂发 电管理部 化验班 １ ３ ０ ０ １ ３ ）
摘 要： 正氢 作为一种清洁、 高效、 可持续 的绿色能源 ， 在解 决能源短缺和环境污染方面展示 出了诱人的应用前景 ， 而 探索便于贮存 和运输 的化学氢 存储材料制氢和温和条件 下裂解这些材料制氢制备高纯氢气的方法是氢 能利用 。 关键词 ： 氢存储 ； 催化 ； 纳米粒子； 金属一 有机框架 ．
纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为l157matdg相当于41重量储氢容量经过100充放电后其仍保持最大容量的70单壁纳米碳管最大放电容量为503mahg相当于184重量储氢容量经过100充放电后其仍保持最大容量的80但是该项液态储氢也存在了一定的缺点其中最为明显的就是能耗高和对储罐绝热性能要求高
４ 、 纳 米 储 氢 材 料 制 氢
、
常用 液 相 锈 蚀 试 验 ， 表 示 工 业 润 滑 油 的 防 锈 性 能
二、 液相化学氢存储材料制氢研究 ２ ０世 纪 ７ ０年代 以后 ， 由于对氢 能源 的研 究和开 发 日趋重 要， 首先 要 解决氢气 的安全贮存和运输 问题， 储氢材料制氢范围 日益扩展至过渡金 属 的合金 。如镧镍金属 间化合物就具有可逆吸收和释放氢气的性质 ： 每 克镧镍合金 能贮存 ０ ． １ ５ ７升氢气 ， 略为加热 ， 就可 以使 氢气重新 释
ｔ
放 出来 。Ｌ ａ Ｎ ｉ ５是镍基合金 。 铁基合金可用作储氢 材料制氧 的有 Ｔ ｉ Ｆ ｅ ， 每克 Ｔ ｉ Ｆ ｅ能吸收贮存 ０ ． １ ８升氢 气。其他还有镁基合金 ， 如 Ｍ Ｃ ｕ 、 Ｍｇ ２ Ｎ ｉ 等， 都 较便 宜 。 １ 、 碳纳 米 管 （ ｃ Ｎ Ｔ ｓ ） 是由１ ９ ９ １年 日 本 Ｎ Ｅ Ｃ公 司 ｎ ｊ ｉ ｍ ａ教 授 发 现 Ｃ Ｎ Ｔ ｓ纳 米 碳 管 储 氢 一 美 学者 Ｄｉ ｌ ｌ ｏ ｎ １ ９ ９ ７首开先河。该项应用主要包括 以下三种情况： 纳米碳 管吸附储氢 ： 纳米碳 管电化学储氢开 口多壁 Ｍ ｏ Ｓ ２ 纳 米管及其 循 环 伏 安 分 析 循环 伏 安 曲 线 纳米碳管 电化 学储氢 ： 多壁纳米 碳管 电极循 环充放 电曲线 ， 经过 １ ０ ０ 充放电后保持最大 容量 的 ７ ０ ％单壁纳米碳管循 环充放 电曲线， 经过 １ ０ ０充 放电后保持最大容量的 ８ ０ ％。 碳纳 米管 电化 学储 氢：纯 化处 理后 多壁纳 米碳 管最 大放 电容 量为 ｌ １ ５ ７ ｍ Ａｔ ｄ ｇ ， 相 当于 ４ ． １ ％重量储氢容量 ， 经过 １ ０ ０充放电后， 其仍保持最大 容量的 ７ ０ ％， 单壁纳米碳管最大放 电容量为 ５ ０ ３ ｍＡ ｈ ／ ｇ ， 相当于 １ ． ８ ４ ％重量 储氢容量， 经过 １ ０ ０充放电后， 其仍保持最大容量的 ８ ０ ％， 但是该项液态储 氢也存在 了一定的缺点， 其中最为明显的就 是能耗高和对储罐绝热性能要 求高 。 目前储氢材料制氢有金属氢化物 、 碳纤维碳纳米 管、 非碳纳米管 、 玻璃 储氢微球 、 络合物储氢材料箭 ｊ 氢 以及有 机液 体 氢 化 物 。 下面 仅 就 合 金 、 有机 液体 以及纳米储氢材料制氢三个方面对储氢材 料制氢加 以介绍 。 ２ 、 合金储氢材料制氢 储氢合金 是指在一定温度 和氢气压力 下， 能可逆的大量 吸收、 储存和 释放氢气的金属间化合物 ，其原理是金属与氢 形成诸如离子型化合物 、 共 价型金属氢化物 、 金属相氢化物一 金属 间化合物等结合物 ，价格低廉， 应用前景十分诱人。 镁可直接 与氢反应 ，
在３ ０ ０ — ４ ０ ０ ℃和 较 高 的 压 力 下 ，反 应 生 成 Ｍｇ和 Ｈ 反 应 生 成 Ｍｇ Ｈ ： ： Ｍｇ＋
Ｈ ： ＝Ｍｇ ｝ 王 ２ ＡＨ＝ 一 ７ ４ ． ６ ｋ Ｊ ／ ｏ ｔ ｏ ｌ 。Ｍｇ Ｈ ２ 理论氢 含量可达 ７ ． ６ ％，具 有金红石 结 构 ，性能较稳定 ， 在２ ８ ７℃时分解压为 １ ０ １ ． ３ ｋ Ｐ ａ 。由于纯镁 的吸放氢反应 动 力学性能差 ，吸放 氢温度高 ， 所 以纯镁很少 被直接用来 储存氢 气， 为此 人们又开始研究镁基储氢合金材料制氢 。到 目前为止， 人们 已对 ３ ｏ ｏ多种 重 要的镁基储氢合金材料制氢进行 了研究 。 ３ 、 液 态 有 机 物 储 氢 材 料 制 氢 有机 液体氢化物制氢是借助不饱和液体 有机 物与氢的一对 可逆 反应， 即加氢和脱氢反应来实现 的。 加氢反应 时制 氢， 脱氢反应时放氢 ， 有机液体 作 为氢载体达到贮存和输送氢 的目的。 烯烃 、 炔烃、 芳烃等 不饱和有机液体 均 可作制氢材 料制氢，但 从制氢过程 的能耗 、 制氢量 、 制氢剂、 物理等方 面 考虑，以芳烃特别是单环 芳烃作 制氢剂为佳，常用的有机物氢 载体 有苯、 甲苯、 甲基环 己烷 、 萘等 。用这 些有机液体 氢化物作为制氢剂 的制氢 技术 ， 是２ Ｏ世纪 ８ ０年代开发的一种新 型制氢 技术。 １ ９ ８ ０年 ， Ｔ ａ ｕ ｂ ｅ等分析 、 论 证了利用 甲基环 己烷作氢载体制氢为汽车提供燃料 的可能性 。 随后许多学 者对为汽车 提供燃料 的技术开展 了很 多卓有成 效的研究和 开发 工作 ，对 催化加氢脱氢的贮存输 送进行了广泛 的开 发。 有机液体氢化物制氢作为一 种新型制氢材 料制氢 ，其制氢特点是 ： 有机液的贮存、 运输安全方便 。可利 用现有的贮存和运输 设备， 有利 于长距 离大量运输， 制氢量大 ， 苯 和 甲苯的 理论 制氢 量分别 为 ７ ． １ ９（ ） ％和６ ． １ ８ （ ｗｔ ） ％， 比现有 的金 属制 氢量 高得 多， 制氢剂成本 低且可 多次循 环使用 ， 加氢反应 要放 出大量的 热， 可供利 用， 脱氢反应可利用废热。 目前存在的主要 问题是有机物氢 载体的脱氢温 度偏高， 实际释氢效率偏 低。因此 ， 开发低温高效的有机物氢载体脱氢催化 剂、 采用膜催化脱氢技术对提高过程效能有重要意义。
氢作为一种清洁 、 高效、 可持续的绿色 能源， 在解决能源短缺和环境污 染方面展示 出了诱人的应用前景， 而探 索便于贮存和运输的化学氢存储材 料制氢和温和 条件下裂解这 些材料制氢制备 高纯氢气 的方法 是氢能利用 的关键 。而在液态化学之中氢存储材 料制氢 也是非常重要的， 下面就让我 们从液相化学入手来展开课题的讨论。 液 相 化 学 的定 义 液相化学通常任何气体均能无限混合， 所 以系统 内无论含有 多少种气 体都是一个相 ， 称 为 气 相 。均 匀 的 溶液 也 是 一 个 相 ， 称 为 液 相 。液 相 化 学通
液相化学氢存储 材料制氢研 究
王 颖
（ 大 唐长春第三热 电厂发 电管理部 化验班 １ ３ ０ ０ １ ３ ）
摘 要： 正氢 作为一种清洁、 高效、 可持续 的绿色能源 ， 在解 决能源短缺和环境污染方面展示 出了诱人的应用前景 ， 而 探索便于贮存 和运输 的化学氢 存储材料制氢和温和条件 下裂解这些材料制氢制备高纯氢气的方法是氢 能利用 。 关键词 ： 氢存储 ； 催化 ； 纳米粒子； 金属一 有机框架 ．
纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为l157matdg相当于41重量储氢容量经过100充放电后其仍保持最大容量的70单壁纳米碳管最大放电容量为503mahg相当于184重量储氢容量经过100充放电后其仍保持最大容量的80但是该项液态储氢也存在了一定的缺点其中最为明显的就是能耗高和对储罐绝热性能要求高
４ 、 纳 米 储 氢 材 料 制 氢
、
常用 液 相 锈 蚀 试 验 ， 表 示 工 业 润 滑 油 的 防 锈 性 能
二、 液相化学氢存储材料制氢研究 ２ ０世 纪 ７ ０年代 以后 ， 由于对氢 能源 的研 究和开 发 日趋重 要， 首先 要 解决氢气 的安全贮存和运输 问题， 储氢材料制氢范围 日益扩展至过渡金 属 的合金 。如镧镍金属 间化合物就具有可逆吸收和释放氢气的性质 ： 每 克镧镍合金 能贮存 ０ ． １ ５ ７升氢气 ， 略为加热 ， 就可 以使 氢气重新 释
ｔ
放 出来 。Ｌ ａ Ｎ ｉ ５是镍基合金 。 铁基合金可用作储氢 材料制氧 的有 Ｔ ｉ Ｆ ｅ ， 每克 Ｔ ｉ Ｆ ｅ能吸收贮存 ０ ． １ ８升氢 气。其他还有镁基合金 ， 如 Ｍ Ｃ ｕ 、 Ｍｇ ２ Ｎ ｉ 等， 都 较便 宜 。 １ 、 碳纳 米 管 （ ｃ Ｎ Ｔ ｓ ） 是由１ ９ ９ １年 日 本 Ｎ Ｅ Ｃ公 司 ｎ ｊ ｉ ｍ ａ教 授 发 现 Ｃ Ｎ Ｔ ｓ纳 米 碳 管 储 氢 一 美 学者 Ｄｉ ｌ ｌ ｏ ｎ １ ９ ９ ７首开先河。该项应用主要包括 以下三种情况： 纳米碳 管吸附储氢 ： 纳米碳 管电化学储氢开 口多壁 Ｍ ｏ Ｓ ２ 纳 米管及其 循 环 伏 安 分 析 循环 伏 安 曲 线 纳米碳管 电化 学储氢 ： 多壁纳米 碳管 电极循 环充放 电曲线 ， 经过 １ ０ ０ 充放电后保持最大 容量 的 ７ ０ ％单壁纳米碳管循 环充放 电曲线， 经过 １ ０ ０充 放电后保持最大容量的 ８ ０ ％。 碳纳 米管 电化 学储 氢：纯 化处 理后 多壁纳 米碳 管最 大放 电容 量为 ｌ １ ５ ７ ｍ Ａｔ ｄ ｇ ， 相 当于 ４ ． １ ％重量储氢容量 ， 经过 １ ０ ０充放电后， 其仍保持最大 容量的 ７ ０ ％， 单壁纳米碳管最大放 电容量为 ５ ０ ３ ｍＡ ｈ ／ ｇ ， 相当于 １ ． ８ ４ ％重量 储氢容量， 经过 １ ０ ０充放电后， 其仍保持最大容量的 ８ ０ ％， 但是该项液态储 氢也存在 了一定的缺点， 其中最为明显的就 是能耗高和对储罐绝热性能要 求高 。 目前储氢材料制氢有金属氢化物 、 碳纤维碳纳米 管、 非碳纳米管 、 玻璃 储氢微球 、 络合物储氢材料箭 ｊ 氢 以及有 机液 体 氢 化 物 。 下面 仅 就 合 金 、 有机 液体 以及纳米储氢材料制氢三个方面对储氢材 料制氢加 以介绍 。 ２ 、 合金储氢材料制氢 储氢合金 是指在一定温度 和氢气压力 下， 能可逆的大量 吸收、 储存和 释放氢气的金属间化合物 ，其原理是金属与氢 形成诸如离子型化合物 、 共 价型金属氢化物 、 金属相氢化物一 金属 间化合物等结合物 ，价格低廉， 应用前景十分诱人。 镁可直接 与氢反应 ，
在３ ０ ０ — ４ ０ ０ ℃和 较 高 的 压 力 下 ，反 应 生 成 Ｍｇ和 Ｈ 反 应 生 成 Ｍｇ Ｈ ： ： Ｍｇ＋
Ｈ ： ＝Ｍｇ ｝ 王 ２ ＡＨ＝ 一 ７ ４ ． ６ ｋ Ｊ ／ ｏ ｔ ｏ ｌ 。Ｍｇ Ｈ ２ 理论氢 含量可达 ７ ． ６ ％，具 有金红石 结 构 ，性能较稳定 ， 在２ ８ ７℃时分解压为 １ ０ １ ． ３ ｋ Ｐ ａ 。由于纯镁 的吸放氢反应 动 力学性能差 ，吸放 氢温度高 ， 所 以纯镁很少 被直接用来 储存氢 气， 为此 人们又开始研究镁基储氢合金材料制氢 。到 目前为止， 人们 已对 ３ ｏ ｏ多种 重 要的镁基储氢合金材料制氢进行 了研究 。 ３ 、 液 态 有 机 物 储 氢 材 料 制 氢 有机 液体氢化物制氢是借助不饱和液体 有机 物与氢的一对 可逆 反应， 即加氢和脱氢反应来实现 的。 加氢反应 时制 氢， 脱氢反应时放氢 ， 有机液体 作 为氢载体达到贮存和输送氢 的目的。 烯烃 、 炔烃、 芳烃等 不饱和有机液体 均 可作制氢材 料制氢，但 从制氢过程 的能耗 、 制氢量 、 制氢剂、 物理等方 面 考虑，以芳烃特别是单环 芳烃作 制氢剂为佳，常用的有机物氢 载体 有苯、 甲苯、 甲基环 己烷 、 萘等 。用这 些有机液体 氢化物作为制氢剂 的制氢 技术 ， 是２ Ｏ世纪 ８ ０年代开发的一种新 型制氢 技术。 １ ９ ８ ０年 ， Ｔ ａ ｕ ｂ ｅ等分析 、 论 证了利用 甲基环 己烷作氢载体制氢为汽车提供燃料 的可能性 。 随后许多学 者对为汽车 提供燃料 的技术开展 了很 多卓有成 效的研究和 开发 工作 ，对 催化加氢脱氢的贮存输 送进行了广泛 的开 发。 有机液体氢化物制氢作为一 种新型制氢材 料制氢 ，其制氢特点是 ： 有机液的贮存、 运输安全方便 。可利 用现有的贮存和运输 设备， 有利 于长距 离大量运输， 制氢量大 ， 苯 和 甲苯的 理论 制氢 量分别 为 ７ ． １ ９（ ） ％和６ ． １ ８ （ ｗｔ ） ％， 比现有 的金 属制 氢量 高得 多， 制氢剂成本 低且可 多次循 环使用 ， 加氢反应 要放 出大量的 热， 可供利 用， 脱氢反应可利用废热。 目前存在的主要 问题是有机物氢 载体的脱氢温 度偏高， 实际释氢效率偏 低。因此 ， 开发低温高效的有机物氢载体脱氢催化 剂、 采用膜催化脱氢技术对提高过程效能有重要意义。
氢作为一种清洁 、 高效、 可持续的绿色 能源， 在解决能源短缺和环境污 染方面展示 出了诱人的应用前景， 而探 索便于贮存和运输的化学氢存储材 料制氢和温和 条件下裂解这 些材料制氢制备 高纯氢气 的方法 是氢能利用 的关键 。而在液态化学之中氢存储材 料制氢 也是非常重要的， 下面就让我 们从液相化学入手来展开课题的讨论。 液 相 化 学 的定 义 液相化学通常任何气体均能无限混合， 所 以系统 内无论含有 多少种气 体都是一个相 ， 称 为 气 相 。均 匀 的 溶液 也 是 一 个 相 ， 称 为 液 相 。液 相 化 学通