常温常压铝水反应制备氢能源新材料的研究

为降低碱性水溶液体系下铝水反应的制氢成本,减少设备腐蚀及解决氢气的贮存和运输等问题,利用原位自生技术成功制备出纳米陶瓷颗粒为第二相的铝复合材料粉末,研究其与水在常温常压下的反应制氢过程.显微组织结果表明,复合材料粉末中纳米陶瓷颗粒的直径约为10~50nm,且在铝基体上呈均匀分布.物相分析结果显示,铝水反应产物由Al(OH)3、TiB2和Al2O3组成,表明该复合材料粉末可与水持续、充分地发生反应,反应产率可达100%.分析认为,氢气的产生原因在于陶瓷颗粒与铝电极电位的较大差异,使陶瓷颗粒作为电化学腐蚀的阴极,从而产生了大量析氢反应所致.     

Al-Li-Ga-In-Sn合金水解产氢性能

利用真空电弧熔炼技术制备了不同Li质量分数的Al-Li-Ga-In-Sn合金。通过X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪对合金的相组成和微观结构进行了分析,采用排水法对不同水温下合金的铝水反应进行了测试。研究结果表明:合金中加入的Li并未与水发生反应,且随着Li质量分数的增加,合金铝水反应的产氢速率和氢气转化率逐渐下降。Li与Al、Sn分别形成了AlLi、Li_5Sn_2相,影响了低熔点相的形成和分布,从而导致合金铝水反应的产氢速率和氢气转化率降低。     

CO2吸附剂对生物质催化热解制取富氢燃气的影响

使用常压双颗粒流化床反应器,对稻壳生物质进行了添加CO2吸附剂的催化热解研究.结果表明:CO2吸附剂CaO和Ca(OH)2可明显促进生物质催化热解初期热解产物的二次反应,使产物向产氢方向移动.添加CaO时,产氢量随CaO添加量的增加而增加;而随Ca(OH)2添加量的增加,富氢燃气产物中氢气的体积分数和产氢量均有峰值出现.同时,Ca(OH)2在催化热解过程产生的H2O可作为生物质二次反应和水煤气变换反应(WGS)的反应物,从而进一步提高热解产物中氢气的产量.     

温度对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

通过批式试验探讨了温度对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响.结果表明:接种厌氧污泥在未经高温驯化(50℃)时直接进行高温厌氧发酵产氢,产氢效果不佳.中温(35℃)驯化1 d后进行产氢实验,与在室温(25℃)条件下所获氢气产率无明显差别.二者氢气的最大体积分数分别是36.8%和37.2%,比氢气产率分别是每克挥发性固体(VS)63.5 ml和每克VS 63.1 ml.但中温条件下体系的反应速率较室温更快,二者根据Gompertz方程得到的产氢速率分别为每克VS15.6 ml·h-1和4.8 ml·h-1,同时反应的停滞时间比室温条件下缩短了9.7 h.对餐厨垃圾产氢前后液相指标(pH,m(VS)/m(总固体,TS),ρ(溶解化学需氧量,SCOD),监测结果表明:酸化过程是反应的限速步骤而非水解过程.因此,建议餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程应控制在中温(35℃)下进行比较合理.     

温度对Al-Ga-Mg-Sn铝合金产氢性能的影响

铝基材料水解产氢具有广泛的应用前景.通过电炉熔炼制备了5种新型Al-Ga-Mg-Sn铝合金;利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析手段表征合金在铸态下的组织结构;采用制氢装置测试铝合金在50、70、90℃自来水中的产氢速率和产氢量.结果表明:Al-Ga-Mg-Sn铝合金组织由铝基体和Mg_2Sn组成,水解产物为AlO(OH)等;同一成分试样,产氢速率和产氢量均随温度的升高而增加;不同成分试样在同一温度下,产氢速率和产氢量与低熔点元素Ga、合金相中Al(s)和Mg_2Sn的体积分数有关.进一步分析发现:产氢动力学服从直线规律,即同一试样产氢速率与温度成正比,并基于实验结果进行了拟合与验证.     

Ca(OH)2对生物质水蒸气气化制氢的影响

提出一种新型的生物质水蒸气气化制氢方法.该方法在生物质水蒸气气化过程中添加CO2吸收剂,旨在通过吸收CO2促进产氢反应向着氢气产生方向进行,从而提高产氢量.分析了Ca(OH)2、水蒸气、温度和保持时间对产氢量以及产气组分百分比的影响,结果表明:在生物质水蒸气气化过程中添加CO2吸收剂能显著提高产氢量;随着Ca(OH)2的增加产氢量先升高后略微降低,Ca(OH)2对水煤气反应的影响要明显强于对甲烷水蒸气重整反应的影响;产氢量随水蒸气的增加先升高后降低;产氢量随温度的升高迅速增加;充足的保持时间可以使制氢反应进行彻底.     

初始pH对木薯酒精废水高温厌氧产氢的影响

通过间歇实验,考察了初始pH(4.0～10.0)对木薯酒精废水高温(60℃)厌氧产氢的影响.结果表明,初始pH 6.0为高温厌氧产氢的最佳值,累积产氢量为383 mL,单位基质产氢量为70 mL·g-1.挥发性有机酸(VFA)和乙醇的总量随着pH的升高而升高,乙酸的含量越来越大,但丁酸始终占优势.接种污泥在90℃的水浴中加热1 h不能有效地抑制产甲烷菌和同型产乙酸菌的活性,当初始pH 在6.0～10.0时,发现不同程度的氢消耗,并且在初始pH 9.0和10.0时,发酵末期均检测到甲烷.发酵过程中对底物变化的跟踪分析表明,氢气主要在丁酸生成过程中产生,与乙酸关系不大.     

水溶液中铝纳米微粒的制备和表征

借助OH-对铝片的腐蚀作用在水溶液中制备了金属铝纳米颗粒,考察了OH-浓度不同对产物的影响,用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X-射线粉末衍射(XRD)等测试手段对产物做了表征. 结果表明:通过该方法得到的铝纳米微粒是由多个铝微晶通过Al(OH)J胶凝而成,外形为类球型,颗粒大小可以通过OH-的浓度来控制. 此外,对铝纳米颗粒的形成机理进行了考察.     

温度和湿度对Nafion膜氢传感器性能的影响

系统研究了以Nafion112膜为电解质的氢传感器在不同工作环境下的氢敏感性能. 结果表明,以Nafion112膜为电解质的氢传感器对氢具有很好的敏感性,可以实现微量氢气泄漏的快速检测. 该传感器在氢气体积分数为(500～3000)×10-6时的响应电压与氢气体积分数的对数呈线性关系,为标定不同环境下氢气含量与传感器响应电压的对应关系提供了依据. 在相同湿度条件下,传感器响应电压随温度的升高而下降. 湿度对传感器响应电压的影响与温度相关:温度较低时,响应电压随湿度的增加而下降;温度较高时,响应电压随湿度的增加而升高.     

浅谈金属与酸的反应

氢前金属和稀酸的反应是中学化学一个热点问题,在屡次竞赛中经常出现.氢前金属和稀酸反应的实质是金属置换出了酸中的氢离子,成为氢气,这可以分为两种情况,一个是金属过量,另一个是酸过量,根据不同的条件可以通过反应的本质进行简单的计算.     

真空蒸馏提取与原位采集对土壤水氢氧稳定同位素值比值的影响

为了研究不同采样方法对采集的土壤水氢氧稳定同位素比值的影响,设计了室内降水入渗模拟试验,收集土柱底部出流水、土壤溶液采样器原位采集10cm、40cm、70cm、100cm处的土壤水,在相同层位采集土壤样品并采用真空蒸馏法提取土壤水。通过样品的氢氧稳定同位素比值对比分析可知,降水入渗干燥的土壤过程中土颗粒优先吸附轻同位素,第一个收集的水分具有最正的氢氧稳定同位素比值;真空蒸馏法提取的土壤水是土壤吸湿水和入渗水分的混合,土壤溶液采样器原位采集的土壤水代表土壤中流动的水分,此水分是土壤中可被有效利用的水分。     

液态ZL205A高强度铝合金的吸氢特性

基于Sieverts定律，研制了检测液态铝合金吸氢量的计算机辅助实验系统，应用该系统检测了液态高强度ZL205A铝合金的吸氢特性，实验结果表明，熔体温度，铝液与环境水蒸气接触时间是决定铝液吸氢量的关键因素，并且试块上气孔面积率随两因素的增强而急剧增大，系统具有良好的检测精度，可用于在线实时测量。     

纳米SiO_2包覆改性薄片铝粉颜料及其耐酸性研究

以正硅酸乙酯为前驱体,氨水为催化剂,采用溶胶-凝胶法在薄片铝粉颜料表面包覆了一层薄而致密的纳米SiO_2层,考察了反应工艺参数对包覆层形貌及耐酸性的影响.通过调节反应温度和时间、铝硅比、水硅比、催化剂用量等工艺条件,可以控制正硅酸乙酯的水解速率、活性硅酸在铝粉粒子表面的吸附速率及缩合速率之间的相对大小,从而控制SiO_2以膜沉积的方式对铝粉进行包覆,得到均匀致密的包覆膜.实验得到较优的条件为:同时滴加正硅酸乙酯和氨水水溶液,控制铝硅比为5.5,水硅比为30,氨水用量3 mL,在40 ℃下反应6 h,铝粉粒子表面的SiO_2包覆层均匀致密,包覆型铝粉在pH＝1的酸溶液中能稳定存在30 d而不产生H_2.     

Pt/TiO2-xNx光催化剂的制备及其产氢活性研究

以四氯化钛(TiCl4)为原料,用溶胶凝胶法制备了纳米氮杂二氧化钛光催化剂(TiO2 xNx),并利用化学还原法在纳米TiO2 xNx 的表面负载了铂单质(Pt/TiO2 xNx).X射线衍射(XRD)结果表明,Pt/TiO2 xNx光催化剂为锐钛矿型结构,由紫外可见漫反射光谱显示催化剂的能隙与纯TiO2 不同,而与TiO2 xNx 相一致.产氢实验结果表明,Pt的负载可以明显提高光催化剂的产氢活性,并且催化剂的产氢活性与Pt的质量分数之间呈现双峰现象,当Pt的质量分数为0 05%和0 35%时,产氢活性分别达到极大值.研究结果表明,当Pt的质量分数为0 05%时,表面Pt粒子的大小约为10 nm且分布均匀,显示该尺度的Pt粒子对于催化剂的产氢活性有较大的促进作用.     

基于可再生能源的分布式多目标供能系统(二)

提出了两种以氢为能量载体的基于可再生能源的多目标分布式供能系统的新构思，分别利用太阳光直接分解水制氢及太阳能高温集热（或高温燃料电池排气余热）分解生物质和水制氢，并与高温燃料电池，微型燃气轮机以及后续的供热，制冷，调湿等子系统共同构成高效，无污染的可以供氢，供电，供热，供轴功的多联产综合供能系统，简要分析了可再生能源高效低成本制氢的有关理论与技术，报道了本室光催化分解水制氢与超临界水生物催化气化制氢研究的最新进展。     

超临界水中半纤维素气化制氢的影响因素分析

以碱性化合物KaCO3、Ca（OH）2以及Ru／C为催化剂，在间歇式高压反应釜中，对半纤维素在超临界水中的气化制氢特性进行了实验研究．结果表明：3种催化剂都有较好的催化作用，其中Ru／C的效果最佳，当加入0．8g时，每千克半纤维素可生成14．365m01 H2，约为不加入催化剂时的3．8倍，为单独加入K2CO3、Ca（OH）2时的1．6和1．9倍，气化率和氢转化率也有很大提高，分别达到77％和126％．同时，催化剂混合使用要比单独一种催化剂的效果好．温度的提高可明显提高H2产量，同时降低CH4产量．此外，停留时间对气化效果也有一定的影响，20min时气化效果最佳．     

质子导体氢泵在铝液脱氢过程中的动力学

实验采用自制的BaCe09Y01O3-α质子导体组装氢泵,进行了铝液脱氢实验,通过拟合分析氢含量随时间的变化曲线,研究铝液脱氢的动力学过程.实验结果表明:铝液氢含量S随着脱氢时间的增大而降低,脱氢速度随氢含量的降低而产生变化,当氢含量S≥0246mL/100g时,脱氢速度v为000116mL/(100g·min);当S<0246mL/100g时,脱氢速度v=00120S-00022,即脱氢速度随氢含量的降低而减小,脱氢化学反应为此阶段的速率控制步骤.氢泵脱氢极限氢含量随着外加电压的增加而降低,当外加电压达到20V以上时,铝液氢含量低于0096mL/100g,满足高纯铝对氢含量的要求.     

氯化铝对脱水污泥超临界水气化产氢的影响

如何选择或开发合适的催化剂以提高产氢量成为污泥超临界水气化技术,是实现实际应用的关键。选取氯化铝(AlCl_3)作为催化剂,以污水厂脱水污泥为对象,采用间歇式高温高压反应釜,在400℃、24 MPa、30 min的条件下进行超临界水催化气化实验。分析AlCl_3对脱水污泥超临界水气化产氢以及关键产物的影响,探讨AlCl_3的催化机理。结果表明,AlCl_3能够显著促进脱水污泥超临界水气化产氢,在6wt%添加量下氢气产率达到11.52 mol/kg OM,比不添加提高了近43倍。AlCl_3的添加会促进小分子有机物聚合生成酚类物质,抑制小分子聚合生成焦炭。AlCl_3催化机理是水解生成HCl和A_l2(OH)_3。HCl作为酸性水解剂,促进污泥中碳水化合物在亚临界条件下水热解转化成小分子物质,并进一步在超临界条件下气化产生氢气;Al_2(OH)_3作为碱性化合物催化剂,促进水气转化反应促进产氢,二者共同作用促进脱水污泥超临界水气化产氢。