鋁水解產(chǎn)氫特性研究.pdf

1、利用鋁水解制取氫氣是目前便攜式氫源領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),然而由于金屬Al表面致密氧化膜的存在,鋁水解產(chǎn)氫反應(yīng)在常溫下通常無法順利進(jìn)行。因此如何消除鋁表面已形成的氧化膜或在制備和儲(chǔ)運(yùn)過程中保持鋁的活性,是實(shí)現(xiàn)鋁水解產(chǎn)氫反應(yīng)順利進(jìn)行的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)上述問題,本文主要開展添加汞齊和石墨對(duì)Al水解產(chǎn)氫特性的研究,探討了制備工藝條件對(duì)Al水解產(chǎn)氫特性的影響,并對(duì)水解機(jī)理進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)果如下:
　　(1) Al-汞齊體系水解產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)

2、。采用專利設(shè)計(jì)的反應(yīng)器開展了Al-汞齊水解制氫研究,結(jié)果表明Al表面覆蓋上汞齊后,Al的水解活性提高。鋅汞齊相比于純Hg,對(duì)Al的活化作用更加明顯;Al表面覆蓋上鋅汞齊時(shí),65 oC下的最大產(chǎn)氫速率為43.5 cm3 h-1 cm-2,反應(yīng)活化能Ea為43.4kJ mol-1,Al表面覆蓋Hg時(shí),在該溫度下的最大產(chǎn)氫速率為13.7cm3 h-1cm-2,反應(yīng)活化能Ea為78.4kJ mol-1;溫度的升高顯著提高了Al-汞齊體系的水解反

3、應(yīng)速率;XRD物相分析和顯微結(jié)構(gòu)觀察證實(shí)了鋁水解反應(yīng)發(fā)生在汞/水(Hg/H2O)的界面上,在汞或鋅汞齊薄層中遷移的粒子是Al微粒,而不是其他物質(zhì)。據(jù)此,提出了汞齊活化鋁的水解產(chǎn)氫過程機(jī)理模型,即(i)鋁的溶解;(ii)鋁微粒的遷移;(iii)鋁微粒的水解。
　　(2)開展了石墨對(duì)鋁水解產(chǎn)氫性能的影響研究。采用機(jī)械球磨工藝制備了Al-C-NaCl粉末。結(jié)果發(fā)現(xiàn)增加 C含量、延長(zhǎng)球磨時(shí)間、升高反應(yīng)溫度都能縮短水解反應(yīng)的誘導(dǎo)時(shí)間,提高A

4、l的水解產(chǎn)氫量和產(chǎn)氫效率。粉末球磨后形成的“核-殼”結(jié)構(gòu)是改善粉末水解性能的重要原因。C的加入起到了“保護(hù)層”的作用,抑制了Al表面氧化膜的形成。當(dāng)Al表面被石墨層覆蓋時(shí),水分子很容易穿過石墨層到達(dá)金屬Al表面與水反應(yīng)產(chǎn)生H2。
　　(3)研究了制備工藝對(duì)Al-C-NaCl粉末水解產(chǎn)氫特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Al-C粉末的水解產(chǎn)氫量隨著NaCl含量的增加而緩慢提高。NaCl含量為10wt.％-50 wt.%時(shí),產(chǎn)氫量基本相同,為128