關(guān)于水熱反應(yīng)產(chǎn)氫的研究

1、關(guān)于水熱反響產(chǎn)氫的研究論文導(dǎo)讀：氫能：化學(xué)元素氫(HHydrogen)，在元素周期表中位于第一位，是所有原子中最細(xì)小的。水熱反響的概念與特點(diǎn)：水熱反響即水熱合成反響，其定義為水熱合成是指溫度為1001000、壓力為1MPa1GPa條件下利用水溶液中物質(zhì)化學(xué)反響所進(jìn)行的合成。水熱產(chǎn)氫的原理：水熱反響產(chǎn)氫的方法主要包括了生物質(zhì)水熱產(chǎn)氫，復(fù)原劑水熱產(chǎn)氫等。因?yàn)榱蚧瘹錃怏w是危害性極強(qiáng)的毒性氣體，既嚴(yán)重污染環(huán)境，又對(duì)人類健康構(gòu)成極大的威脅，因此本實(shí)驗(yàn)選取九水硫化鈉作為硫化氫氣體的替代品。關(guān)鍵詞：氫能，水熱反響，硫化氫，復(fù)原劑0.簡(jiǎn)述1氫能：化學(xué)元素氫(HHydrogen)，在元素周期表中位于第一位，是所

2、有原子中最細(xì)小的。其主要優(yōu)點(diǎn)有：燃燒熱值高，每千克高達(dá)28,900千卡，燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。2水熱反響的概念與特點(diǎn)：水熱反響即水熱合成反響，其定義為水熱合成是指溫度為1001000 、壓力為1MPa1GPa條件下利用水溶液中物質(zhì)化學(xué)反響所進(jìn)行的合成。在亞臨界和超臨界水熱條件下,由于反響處于分子水平,反響性提高,因而水熱反響可以替代某些高溫固相反響。又由于水熱反響的均相成核及非均相成核機(jī)理與固相反響的擴(kuò)散機(jī)制不同,因而可以創(chuàng)造出其它方法無(wú)法制備的新化合物和新材料。3水熱產(chǎn)氫的原理：水熱反響產(chǎn)氫的方法主要包括了生物質(zhì)水熱產(chǎn)氫，復(fù)原劑水熱產(chǎn)氫等。論文檢測(cè)。我們研究的是復(fù)原劑水熱產(chǎn)氫

3、。1.研究目的和研究?jī)?nèi)容1.1研究目的為了得到純潔、廉價(jià)的氫氣，并且將氫氣作為未來(lái)的主要能源之一。利用水熱合成反響，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并研究在工程實(shí)踐中的可行性。1.2研究?jī)?nèi)容用復(fù)原劑水熱產(chǎn)氫的方法，去尋找適合的復(fù)原劑，同時(shí)該復(fù)原劑要滿足價(jià)格低廉、反響副產(chǎn)物少、環(huán)境危害小、工程實(shí)踐可行性好等特點(diǎn)。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到該復(fù)原劑的最正確反響條件：包括反響溫度、反響時(shí)間、壓強(qiáng)、催化劑等。2.實(shí)驗(yàn)局部2.1硫化氫作為復(fù)原劑水熱產(chǎn)氫的研究1實(shí)驗(yàn)材料因?yàn)榱蚧瘹錃怏w是危害性極強(qiáng)的毒性氣體，既嚴(yán)重污染環(huán)境，又對(duì)人類健康構(gòu)成極大的威脅，因此本實(shí)驗(yàn)選取九水硫化鈉作為硫化氫氣體的替代品。硫化鈉溶于水后發(fā)生水解，在水中形成硫

4、氫根。實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。論文檢測(cè)。表1 實(shí)驗(yàn)儀器一覽表 序號(hào) 儀器名稱及型號(hào) 生產(chǎn)廠家 1 HPLC Agilent 1200 美國(guó)Agilent公司 2 GC-MS 7890A 美國(guó)Agilent公司 3 GC/TCD HP 5890 Series Plus 4 瓦里安V ISTA 2MDX 美國(guó)ICP AES 5 FA 1004N電子天平 上海精密科學(xué)儀器 6 pHS-25數(shù)顯pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器 7 超聲波清洗器AU-80C 日本Aiwa醫(yī)科工業(yè)株式會(huì)社 8 烘箱DHG-9140A 上海精密科學(xué)儀器 表2 實(shí)驗(yàn)所用藥品一覽 序號(hào) 名稱 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 1 九水硫化鈉 ACS級(jí)別 S

5、igma-aldrich美國(guó)試劑 2 亞硫酸鈉 ACS級(jí)別 Fluka Chemical Corp. 3 五水硫代硫酸鈉 分析純 國(guó)藥化學(xué)試劑 4 無(wú)水硫酸鈉 分析純 國(guó)藥化學(xué)試劑 5 氫氧化鈉 分析純 國(guó)藥化學(xué)試劑 6 鹽酸 分析純 國(guó)藥化學(xué)試劑 7 鉻酸鈉 分析純 國(guó)藥化學(xué)試劑 8 CTAB 分析純 國(guó)藥化學(xué)試劑 2實(shí)驗(yàn)裝置與方法實(shí)驗(yàn)的間歇式反響器采用的是小型回分式反響裝置，利用誘導(dǎo)加熱爐對(duì)反響器進(jìn)行加熱。反響器、以及反響器與誘導(dǎo)加熱爐的實(shí)驗(yàn)裝置總體圖如圖2.1、圖2.2所示。圖2.1 間歇式實(shí)驗(yàn)裝置示意圖圖2.2 誘導(dǎo)加熱爐裝置示意圖圖2.3 排水法采氣裝置示意圖3實(shí)驗(yàn)步驟a 稱取0.7

6、2g 九水硫化鈉3mmol，量取所需要量的脫氧去離子水15 ml再通入氮?dú)饷摎?0 min，脫去溶解在去離子水中的氧氣，消除去離子水中氧氣對(duì)硫化氫水熱反響產(chǎn)氫的影響，參加到間歇性反響器，使其水填充率為36 % (本研究中除特殊說(shuō)明之外均采用此添加率)。在反響器中通入氮?dú)? min趕出反響器中的空氣，使氮?dú)獬錆M反響器的空余空間消除空氣中的氧氣對(duì)反響的影響，將反響器密閉好，連接上采氣閥，并保證反響器與采氣閥之間不漏氣。如需調(diào)節(jié)pH值，那么需在反響器中先參加需要量的脫氧去離子水，參加稱量準(zhǔn)確的九水硫化鈉，參加所需濃度的鹽酸后迅速封好反響器。b 先通上誘導(dǎo)加熱爐的冷卻水，將密封好的反響器垂直放入誘導(dǎo)加

7、熱爐的套筒中，熱電偶插入到反響器的小孔中，翻開(kāi)誘導(dǎo)加熱爐擺動(dòng)控制器，使反響器上下晃動(dòng)進(jìn)行攪拌，使其保持良好的傳熱和傳質(zhì)，翻開(kāi)誘導(dǎo)加熱爐的數(shù)碼控制器，選取所需要的程序，開(kāi)始從室溫上升到實(shí)驗(yàn)所需溫度，到達(dá)所需溫度保持一定的反響時(shí)間。c 經(jīng)過(guò)需要的反響時(shí)間后，停止反響器擺動(dòng)，將反響器從誘導(dǎo)加熱爐套筒中迅速取出并用電風(fēng)扇進(jìn)行冷卻到室溫。d 反響器冷卻后，在飽和食鹽水中采集氣體，裝入氣體樣品瓶待分析。(4)分析方法氣體分析:氣體分析采用GC/TCD：O2， N2， H2等氣體的分析采用了MolecularSieve 5A(SUS， OD 1/8 inch， Length 12 ft， 80100 mes

8、h)填充柱。氣體組分按照相應(yīng)峰面積，按外標(biāo)法計(jì)算。(5)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)主要在水熱條件下，主要考查反響溫度、反響時(shí)間、初始濃度、填充率等反響條件對(duì)硫化氫作為復(fù)原劑復(fù)原水中的氫為氫氣的影響，各實(shí)驗(yàn)條件的變化范圍。九水硫化鈉的添加量未加說(shuō)明時(shí)，一般為添加0.72 g 3 mmol。填充率，定義為反響添加的試料、鹽酸和脫氧去離子水的總體積占反響器內(nèi)容積的比例，未加說(shuō)明時(shí)一般條件下為36 %。反響時(shí)間，定義為反響器在誘導(dǎo)加熱爐套筒內(nèi)到達(dá)實(shí)驗(yàn)指定溫度到取出的時(shí)間。表3 硫化氫水熱產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)條件 九水硫化鈉 0.241.44 g 反響溫度 200380 C 反響時(shí)間 0.58 h 水填充率 3050 % pH

9、值 014 注：pH值高于14時(shí)，用NaOH濃度來(lái)表示反響前OH-離子濃度。2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析硫化氫為強(qiáng)復(fù)原劑，以硫化鈉為目的產(chǎn)物，首先，實(shí)驗(yàn)確定硫化氫在高溫水的條件下抽取水中的氫形成氫氣的效果，然后考察如反響溫度、反響時(shí)間、pH值等對(duì)硫化鈉作為復(fù)原劑從水中產(chǎn)氫的影響因素進(jìn)行分析討論。3.硫化鈉水熱產(chǎn)氫確實(shí)認(rèn)為了考察硫化鈉作為強(qiáng)復(fù)原劑使水中的氫復(fù)原為氫氣，研究產(chǎn)氫效果進(jìn)行了一組實(shí)驗(yàn)。首先研究了九水硫化鈉為0.72g3mmol在300 oC的反響溫度下，反響時(shí)間1 h，水填充率為36 %的產(chǎn)氫效果實(shí)驗(yàn)。反響結(jié)束后對(duì)氣相進(jìn)行分析，氣相GC/TCD進(jìn)行分析。氣相產(chǎn)物分析在反響溫度300度硫化氫水熱

10、反響完成后，產(chǎn)生了一定量的氣體，經(jīng)過(guò)GC/TCD 檢測(cè)，產(chǎn)生了氣體主要是H2，以及在反響器內(nèi)少量的惰性氮?dú)?，沒(méi)有檢測(cè)到硫化氫和氧氣，如圖3.1 所示。論文檢測(cè)。氫氣的產(chǎn)生量為 3.88mmol，氫氣的氣體體積占有率為80 %。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明硫化氫能夠把水中的氫復(fù)原為氫氣，且效果明顯。如下式所示：圖3.1 氣相色譜圖4. 硫化氫水熱產(chǎn)氫的影響因素研究4.1反響溫度對(duì)硫化氫水熱產(chǎn)氫的影響實(shí)驗(yàn)條件為：0.72 g九水硫化鈉圖4.3不同pH值下硫化氫種的分配比值5. 硫化氫作復(fù)原劑從水中產(chǎn)氫機(jī)理的討論從以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析討論可以看出，硫化鈉在250 oC的溫度以上通過(guò)水熱反響能夠作為復(fù)原劑把水中的氫復(fù)原為氫氣。同時(shí)硫化鈉被氧化為硫代硫酸根和少量的亞硫酸根和硫酸根。在氧化復(fù)原反響之后，反響溶液的pH會(huì)有所增加主要是因?yàn)楫a(chǎn)氫后生成了大量的OH-。當(dāng)硫化鈉水熱反響到達(dá)平衡以后生成氫氣的量與初始硫化鈉的量的比例為2.2左右，因此根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果我們提出硫化鈉作為復(fù)原劑從水中產(chǎn)氫的機(jī)理。參考文獻(xiàn)【4】RalfBoscheck. Energy futures.H