论文部分内容阅读
氢能作为重要的清洁能源,可替代含碳燃料,开发氢能利于发展低碳经济。然而,储氢难题限制了氢能的推广。硼氢化钠(NaBH4)是储氢密度高、使用安全、运输方便的氢能载体。硼氢化钠催化水解制氢具有可靠、高效、环保的优势,其产氢速率可控,氢气纯度高,可直接供给燃料电池,是未来重要的氢源。然而,该技术存在催化剂活性低,碱性硼氢化钠溶液制氢系统难以达到2015年9 wt%的储氢密度目标等问题。
本文直接使用固态硼氢化钠或与催化剂粉末的混合物作初始反应物的制氢路线,该法与使用碱性溶液法制氢相比,具有不受硼氢化钠溶解度限制、可获得更高储氢密度的特点。文中首先考察了硼氢化钠水解制氢技术的发展历史,系统地综述了制氢催化剂与反应装置的研究进展;其次,设计并自制了一套硼氢化钠水解制氢装置系统;然后,制备了铁基和钴基催化剂,采用测定催化水解产氢速率手段及XRD、SEM等仪器,探讨了反应温度、催化剂摩尔比、进液速率等条件对固态硼氢化钠催化水解制氢性能的影响规律与机制。对铁基催化剂,活性组分Fe-B是还原反应生成的纳米级颗粒。本文比较了三种铁盐即氯化铁、硝酸铁、硫酸铁作为催化剂前驱体时的催化产氢性能。结果表明硫酸铁的催化产氢性能高于其它两者,氢气产率超过90%。在硫酸铁进液速率为0.2 ml/min,反应温度为32℃的条件下,获得的最大储氢密度为5.6 wt%。当将硼氢化钠和硫酸铁粉末混合物作初始反应物,泵入高纯水水解时,获得的氢气产率仍可达90%以上。对钴基催化剂研究发现,活性组分为Co-B,氢气产率一般达96%左右,在选定条件下甚至可达100%,其催化产氢性能优于Fe-B。当将硼氢化钠和乙酸钴粉末混合物作初始反应物时,获得氢气产率可达95%以上。