輕金屬氫化物在制備存儲(chǔ)清潔燃料氫及甲烷中的應(yīng)用研究.pdf

1、目前，由于化石燃料的消耗和全球環(huán)境的日益惡化，人們開(kāi)始將更多的注意力投入在清潔能源上，其中氫被認(rèn)為是未來(lái)最理想的化石燃料替代能源之一。而基于H存儲(chǔ)的輕金屬材料存儲(chǔ)方法被視為一個(gè)有效和方便的存儲(chǔ)路徑，因?yàn)樗鼈儞碛懈哔|(zhì)量和高體積密度的氫元素含量，同時(shí)是一個(gè)相對(duì)安全的固態(tài)存儲(chǔ)運(yùn)輸方法。
　　自從陳萍等人在2002年首次提出Li3N-H2的儲(chǔ)氫體系后，該體系在世界范圍內(nèi)受到了高度的關(guān)注。此后，LiNH2-LiH體系作為一個(gè)經(jīng)典的儲(chǔ)氫體系被

2、廣泛研究。然而，它過(guò)高放氫溫度導(dǎo)致其仍舊難以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。因此，需要研究探索高效的催化劑用來(lái)改善其儲(chǔ)氫性能和降低其反應(yīng)溫度。
　　受到輕金屬氫化物常被用作還原劑與其他材料相結(jié)合組成高能量密度儲(chǔ)氫體系，以及近期的研究表明輕金屬氫化物可以與氣體小分子化合物進(jìn)行有效的反應(yīng)，比如與NH3在機(jī)械球磨條件下反應(yīng)可以產(chǎn)生含有H2的燃料的啟發(fā)。我們又設(shè)計(jì)出了利用輕金屬氫化物與CO2作用制備存儲(chǔ)碳?xì)淙剂系姆磻?yīng)思路。
　　首先，我們發(fā)現(xiàn)在LiN

3、H2-LiH體系中摻雜RbF對(duì)其放氫溫度的降低有著非常顯著的改善效果。通過(guò)摻雜5 mol％的RbF，我們?cè)谏郎厮俾蕿?℃/min的放氫動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中獲得了最低的放氫峰值溫度(211℃)，與原始的LiNH2-LiH體系相比降低了約69℃。而且也同時(shí)獲得了最低的放氫起始溫度(120℃)。通過(guò)提升添加RbF的量，放氫峰值溫度和放氫起始溫度可以進(jìn)一步降低。此外，LiNH2-LiH體系的吸放氫循環(huán)性能通過(guò)添加RbF也得了到改善。反應(yīng)活化能的降低是L

4、iNH2-LiH-0.05 RbF樣品氫脫附溫度降低的重要原因。通過(guò)詳細(xì)的結(jié)構(gòu)表征可知，RbF與LiH在加熱過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)生成的RbH顯著的改善了LiNH2-LiH體系的放氫性能。
　　其次，我們首次在室溫機(jī)械球磨條件下通過(guò)輕金屬氫化物與二氧化碳的氣固反應(yīng)成功獲得不含COx副產(chǎn)物的氫氣和甲烷燃料。甲烷在混合氣體中的摩爾分?jǐn)?shù)和二氧化碳甲烷化的產(chǎn)率取決于輕金屬氫化物的種類，機(jī)械球磨的強(qiáng)度和時(shí)間，以及CO2的氣氛壓力。通過(guò)對(duì)機(jī)械球磨反應(yīng)

5、的機(jī)理分析可知，無(wú)定形碳作為中間產(chǎn)物在CO2轉(zhuǎn)化為CH4的過(guò)程中扮演著一個(gè)非常重要的角色。本研究開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的、簡(jiǎn)單的、非常方便的方法即在溫和條件下將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可用的燃料。繼續(xù)探索高效的催化劑用來(lái)加快反應(yīng)速率，提高甲烷的產(chǎn)率將是接下來(lái)研究工作的重點(diǎn)。
　　最后，本文系統(tǒng)的探索研究了MgH2-CO2和CaH2-CO2兩體系加熱的甲烷化反應(yīng)，成功的將二氧化碳轉(zhuǎn)化為綠色能源，獲得清潔的氫氣與甲烷可燃性氣體。探索了其甲烷化效果隨反應(yīng)溫

6、度、時(shí)間、CO2壓力的變化，得到最佳的反應(yīng)條件為0.25 MPa二氧化碳?jí)毫ο录訜岬?50℃恒溫48 h，此條件下MgH2-CO2體系的甲烷化產(chǎn)率達(dá)到68％，CaH2-CO2體系的甲烷化產(chǎn)率則高達(dá)88％。利用堿土金屬氫化物(MgH2/CaH2)可以非常高效的氫化還原二氧化碳制備氫氣和甲烷混合氣，此混合氣相對(duì)于單一甲烷燃料有著更好的燃燒性能，且堿土金屬氫化物(MgH2/CaH2)是比較廉價(jià)的原材料。因此，利用MgH2-CO2和CaH2-C