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域的一個研究熱點,然而由于金屬Al表面致密氧化膜的存在,鋁水解產(chǎn)氫反應在常溫下通常無法順利進行。因此如何消除鋁表面已形成的氧化膜或在制備和儲運過程中保持鋁的活性,是實現(xiàn)鋁水解產(chǎn)氫反應順利進行的一項關鍵技術。針對上述問題,本文主要開展添加汞齊和石墨對Al水解產(chǎn)氫特性的研究,探討了制備工藝條件對Al水解產(chǎn)氫特性的影響,并對水解機理進行了分析。主要研究結果如下:
　　(1) Al-汞齊體系水解產(chǎn)氫實驗

2、。采用專利設計的反應器開展了Al-汞齊水解制氫研究,結果表明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Al的活化作用更加明顯;Al表面覆蓋上鋅汞齊時,65 oC下的最大產(chǎn)氫速率為43.5 cm3 h-1 cm-2,反應活化能Ea為43.4kJ mol-1,Al表面覆蓋Hg時,在該溫度下的最大產(chǎn)氫速率為13.7cm3 h-1cm-2,反應活化能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、應速率;XRD物相分析和顯微結構觀察證實了鋁水解反應發(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。據(jù)此,提出了汞齊活化鋁的水解產(chǎn)氫過程機理模型,即(i)鋁的溶解;(ii)鋁微粒的遷移;(iii)鋁微粒的水解。
　　(2)開展了石墨對鋁水解產(chǎn)氫性能的影響研究。采用機械球磨工藝制備了Al-C-NaCl粉末。結果發(fā)現(xiàn)增加 C含量、延長球磨時間、升高反應溫度都能縮短水解反應的誘導時間,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”結構是改善粉末水解性能的重要原因。C的加入起到了“保護層”的作用,抑制了Al表面氧化膜的形成。當Al表面被石墨層覆蓋時,水分子很容易穿過石墨層到達金屬Al表面與水反應產(chǎn)生H2。
　　(3)研究了制備工藝對Al-C-NaCl粉末水解產(chǎn)氫特性的影響。結果發(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,產(chǎn)氫量基本相同,為128