酸碱介质中的铝—水反应产氢研究

发布时间：2020-05-09 11:42

【摘要】：化石燃料直接燃烧是造成空气污染的一个关键问题,因此,迫切需要可再生和清洁燃料供应能源。氢是一种很有吸引力的燃料,具有较高能量密度、产物无污染和自然资源丰富等优点。化石燃料的重整、水的分解和金属、合金与水的反应等都能提供氢能源。在这些方法中,金属与水反应生成氢气的技术简单、可控,能实时提供氢源。铝是地壳中含量最丰富的金属,廉价易得,存储方便,安全,但是铝表面致密的氧化膜阻碍反应发生。目前通过铝在不同溶液中制氢,氧化物活化铝制氢,合金活化铝制氢,碳活化铝制氢等方法,已经取得了一定的进展。本文以铝-水反应为研究基础,探究铝在不同介质中的反应特征和反应机制,并采用XRD、SEM-EDX等对铝-水反应产物进行结构表征,通过动力学计算和电化学的测试分析其反应机制。主要结论如下:(1)研究不同的酸碱介质中铝-水反应的产氢情况。研究发现,无论是在酸性介质中还是碱性介质中,产氢速率和产氢量都会随着温度的升高而增大,随着浓度(质量)的增多而提高。但在CoCl_2介质中,温度过高或浓度过大,都会加速Co的团聚,阻碍反应的进行。(2)研究不同的酸碱介质中的铝-水反应产氢动力学。研究发现,不同介质中的铝-水反应动力学模型不同,说明反应的机理不同。在不同的介质中,溶液的pH、溶液的状态、溶液中存在的离子或固体,都会对铝-水反应产氢过程产生较大的影响。(3)研究Co单质对铝-水反应产氢的影响。研究发现,在不同介质中,加入Co都能促进铝-水产氢反应的发生和进行。Co粉在参与铝-水反应的过程中,形貌和大小发生了变化。随着Co质量的增加,反应诱导期逐渐缩短,反应速率成倍提高,产氢量增多。加入Co粉后溶液的电位均降低,利于氢气的产生。
【图文】：

中铝,不同介质

进入缓慢反应阶段。沉淀在OH-，是的 Al 与沉淀物的表面 OH-浓度似。当溶液中的 OH-达到一定的浓度，过程。在批量实验过程中，当第一次向溶悬浊液。Al(OH)3溶液中较高的 pH 值和在 NaAlO2溶液中 pH 中是 12~13，速破坏氧化膜使 Al 被迅速腐蚀。溶液中所以在反应的最开始 OH-浓度减小。如形，所形成的 Al(OH)3颗粒较小，且有NaAlO2的浓度大于 0.75mol/L 时，提供腐蚀。2.4 不同介质中铝-水产氢电化

SEM图,Co粉,介质回收,实验过程

图 4.6 (a)购买 Co 粉 (b)回收 Co 粉 (c)CoCl2介质回收 Co 粉图 4.6 是实验过程中所用到 Co 粉的 XRD 衍射图和 SEM 图，，(a)是购买粉，(b)是每次反应结束后，磁子上回收的 Co 粉，(c)是 CoCl2介质中反应后上回收的 Co 粉，通过 XRD 衍射图可以看出，三种不同途径得到的 Co 粉是的，但形貌却不同。参与了铝-水反应的 Co 粉由小颗粒变成了均匀的片状在铝-水反应过程，Co(0001)面吸附 H2O，并在表面分解成 H 和 O，两个 H 结 H2被释放出来，O 继续留在 Co(0001)[76 -77]。我们用回收的 Co 重复以上，得到的结果是相同的。这样不仅提高了产氢效率还可以节约实验的成本
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ116.2

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