PDF《化学制氢技术研究进展》

3 倍. CO + H2 O?CO2 + H2 (4) 但是, 当采用强碱作为催化剂时, 其回收再利用 存在着很大的不便, 增加了反应的成本.而采用固 体催化剂则可以方便地实现回收.Watanabe 等[16] 发现 ZrO2 等氧化物可以于超临界水中稳定地存在, 并且具有良好的催化性能, 生物质的气化效率为不 使用催化剂时的两倍. 不过, 如图

3 所示, 生物质制氢的氢气产率还比 较低, 而且由于超临界水具有极强的腐蚀性, 对生物 质制氢设备的材质提出了很高的要求;

要使超临界 水进行气化又必须高温高压的反应条件.这些都对 生物质制氢的规模应用提出了挑战.

四、金属置换制氢 当金属与水或酸反应时, 就可以置换出氢气. ・

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4 ・ 第3期吴川等 化学制氢技术研究进展 图3超临界水中的生物质分解制氢 (673K, 15min, 水密度 为0.35g/cm3 , 生物质的质量为 0.1g) , 其中 (A) 为葡 萄糖 (B) 为纤维素 Fig.

3 H2 yield of biomasses decomposition in supercritical water(673K,15min,0.35g/cm3 of water density,and 0.1g biomass) .(A)glucose, (B)cellulose 新鲜切割的金属表面具有很高的反应活性, 可以与 水反应产生气泡.Uehara 等人 [27] 的研究表明, 当铝 或铝合金在水中被切割或碾碎的时候, 可以持续地 释放出氢气.反应主要按照 (5) 、 (6) 所示的两种方 式进行.由反应的吉布斯自由能可以看出, (5) 、 (6) 均为自发反应.当机械切割行为停止时, 放氢反应 也会立刻终止, 从而实现氢气的即时供应.为了使 金属能够完全参与反应, 需要在水中用高速旋转的 飞轮将金属块磨得很细. 2Al + 3H2 → O Al2 O3 + 3H2 ΔG = - 435.2 kJ/mol (5) 2Al + 6H2 → O 2Al (OH)

3 + 3H2 ΔG = - 444.1 kJ/mol (6) 当以燃料电池发动机来驱动轿车的时候, 行使 250km 需要消耗 2kg 的氢, 所需要的制氢原料消耗 量分别为: 汽油 20L, 或甲醇 13kg, 或铝 18kg.因此, 从成本上看, 采用金属铝给燃料电池车供氢并不占 优势.但这种制氢方法具有安全、 可控、 反应器成本 低、 无污染、 可回收等特点, 使其得到一定的关注. 如果要将金属置换制氢成功地应用到燃料电池 车中, 则还需要解决金属还原再利用的问题. Otsuka 等人 [28] 利用天然气重整所得到的 CO、 H2 混 合气对金属氧化物进行还原;

然后将金属与水进行 反应, 释放出氢气, 由此达成一个良性循环.他们利 用Fe 和Fe3 O4 的氧化还原反应来实现这种过程, 并 希望以此为燃料电池车提供新的储存和供应氢气的 办法.不过反应需要在 300―400℃的温度下进行, 经过

3 次循环后, 放氢速度明显减慢.通过在 Fe3 O4 中添加 Ga、 V、 Cr、 Mo、 Al、 Ti、 Zr 等其他金属的氧化 物, 可以有效地增大其比表面, 使放氢反应保持较高 的速度.

五、太阳能制氢 将太阳能转化为氢能可以形成一种良性循环的 能源体系.科学家已经描绘出了一种理想的氢能体 系: 利用太阳能分解水, 再通过燃料电池将产生的 H2 和O2 进行电化学反应, 产生电能;

副产物水又可 作为太阳能制氢的原料.整个体系实现了完美的循 环, 而且对环境没有任何污染. 1. 光解水制氢 目前, 利用太阳能制氢主要有光解水制氢和氧 化物还原制氢两种方式. 由于水是一种稳定的化合物........