鋁-硼氫化鈉體系水解產(chǎn)氫行為的研究.pdf

1、本論文研究了鋁/硼氫化鈉體系的水解產(chǎn)氫行為?？疾炝?Al/NaBH4體系的組分設(shè)計、水解溫度、催化劑活性等因素對該體系水解性能的影響。通過XRD、SEM、IR、粒徑分布等微觀結(jié)構(gòu)分析手段，對樣品的物相、形貌、顆粒尺寸進(jìn)行系統(tǒng)的研究，闡述Al/NaBH4體系的水解產(chǎn)氫機(jī)理以及催化劑對體系的催化機(jī)制。研究內(nèi)容包括以下幾方面：
　　1.研究Al/NaBH4/Co/NaAlO2體系的水解產(chǎn)氫性能和產(chǎn)氫機(jī)理。通過改變Al/NaBH4質(zhì)量比、

2、Co含量、NaAlO2濃度等因素，優(yōu)化 Al/NaBH4/Co/NaAlO2體系水解性能。323 K時,0.1 g Al/0.3 g NaBH4/0.06 g Co/4 mL0.4 M NaAlO2體系30 min內(nèi)產(chǎn)氫率達(dá)98％；0.2 g Al/0.2 g NaBH4/0.06 g Co/4 mL0.8 M NaAlO2體系30 min內(nèi)產(chǎn)氫率為100%。0.2 g Al/0.2 g NaBH4/0.06 g nano Co/4 m

3、L0.4 M NaAlO2體系的水解活化能為53.3 kJ mol-1，表明水解反應(yīng)速率主要受化學(xué)反應(yīng)控制；Al水解副產(chǎn)物 Al(OH)3呈弱酸性，協(xié)同 Co改善 NaBH4水解性能；NaBO2·2H2O顯堿性，促進(jìn)Al(OH)3溶解，有利于金屬Al繼續(xù)水解；NaAlO2濃度增加有利于Al(OH)3溶解，促進(jìn)Al持續(xù)水解；Al/NaBH4水解副產(chǎn)物之間的相互作用以及催化劑Co/NaAlO2的協(xié)同催化有效改善Al/NaBH4/Co/NaA

4、lO2體系水解動力學(xué)性能。
　　2.研究了固態(tài)Al-Li/NaBH4體系在CoCl2溶液中的水解產(chǎn)氫性能。闡述Al-Li/NaBH4質(zhì)量比，Li含量，CoCl2濃度和水解溫度等因素對 Al-Li/NaBH4/CoCl2體系水解性能的影響，通過XRD、SEM、IR和粒度分布等分析手段，討論相關(guān)的水解產(chǎn)氫機(jī)制，并優(yōu)化組分設(shè)計。303 K時，0.5 g Al-20 wt% Li/0.5 g NaBH4/5 mL2.5 wt% CoCl2

5、體系水解產(chǎn)氫量為1674mL，產(chǎn)氫率為89%。闡明Li和CoCl2協(xié)同改善Al/NaBH4體系水解性能的作用機(jī)制：1）金屬Li自身水解產(chǎn)氫，提供額外氫源；2）金屬 Al與 Li在球磨過程中發(fā)生合金化反應(yīng)，形成Al-Li合金，有利于減小顆粒尺寸，增大顆粒比表面積，促進(jìn)水解反應(yīng)的進(jìn)行；3）金屬Li水解副產(chǎn)物L(fēng)iOH呈堿性，改善體系中Al的水解動力學(xué)；4）CoCl2與NaBH4反應(yīng)生成高催化活性的Co2B，有利于改善Al/NaBH4體系的水解

6、動力學(xué)；5）Al-Li/NaBH4體系中水解副產(chǎn)物L(fēng)iAl2(OH)7·xH2O和Al(OH)3負(fù)載Co2B形成NaBH4水解的良好催化劑，改善NaBH4的水解性能。6）Co2B可作為陰極材料與陽極Al形成腐蝕電池，促進(jìn)了Al的電化學(xué)腐蝕。
　　3．探索了不同顆粒尺寸和含量的Co粉對Al-Li-Co/NaBH4體系水解產(chǎn)氫性能的催化作用。隨Co含量增加和粒徑減小，體系水解動力學(xué)明顯改善。同等條件下，Al-Li-Co/NaBH4體系

7、水解性能排序如下：Al-5wt% Li-50wt% nano Co/NaBH4體系>Al-5wt% Li-50wt% micro Co/NaBH4體系>Al-7.5wt% Li-25wt% nano Co/NaBH4體系>Al-7.5wt% Li-25wt% micro Co/NaBH4體系，其對應(yīng)水解活化能逐漸遞增，分別為41.8 kJ mol-1，54.8 kJ mol-1，62.5 kJ mol-1，68.4 kJ mol-1。C

8、o含量增加和粒徑減小，Al-Li-Co球磨產(chǎn)物中 Al1.04Co0.94含量增加，粉末顆粒尺寸減小，有利于體系在水解過程中形成更多的微型腐蝕電池，加快Al的電化學(xué)腐蝕，改善Al水解動力學(xué)，同時形成Co/Al(OH)3催化劑，增強(qiáng)催化活性，改善NaBH4水解動力學(xué)。Al-Li-Co/NaBH4體系水解副產(chǎn)物具有很好的催化活性，但Co含量和顆粒尺寸不同，體系水解副產(chǎn)物催化活性的穩(wěn)定性存在差異。四組體系水解副產(chǎn)物催化活性的穩(wěn)定性排序：Al-

9、7.5 wt% Li-25 wt% nano Co/NaBH4體系>Al-7.5 wt% Li-25 wt% micro Co/NaBH4體系>Al-5 wt% Li-50 wt% nano Co/NaBH4體系>Al-5 wt% Li-50 wt% micro Co/NaBH4體系。Al-Li-Co/NaBH4體系水解副產(chǎn)物的催化活性來自于 Co/Al(OH)3/LiAl2(OH)7·2H2O混合物。相比副產(chǎn)物L(fēng)iAl2(OH)7·2