基于廉价活性炭的常温储氢性能研究

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氢能是一种绿色低碳、前景广阔的二次能源,但是氢能的储运限制了氢能规模化发展,在储氢材料的研究中,碳基储氢材料具有低成本、安全性高、自重轻和循环性能好等优点,成为储氢材料研究的热点。但是目前活性炭材料在常温下储氢量较低,本文基于各种廉价的碳材料,成功制备出高性能活性炭,然后在常温下进行储氢吸附测试。探究活性炭孔隙结构的发育成型机理,总结分析了影响活性炭常温储氢的各种因素,揭示了活性炭吸附机理。本文主要研究内容如下:(1)以准东煤为原料,开发了酸预处理脱矿方法,再通过活化、炭化和后处理等过程,制备出高性能的活性炭。探究了金属的催化活化作用,并分析不同活化剂及比例、炭化因素对活性炭的影响作用。样品ZD-HK3-AC 比表面积为1980m2/g,微孔体积达到0.5cm3/g,在常温下质量储氢密度为1.26wt%,吸脱附曲线几乎重合,循环性能良好且机械强度大,储氢量远高于商用煤基活性炭。(2)利用微生物发酵处理方法,以廉价的农业废弃物稻壳为原料,通过高温渗透活化法制备出高性能的活性炭。探究了发酵时间、温度及尿素含量对稻壳的影响机制,并分析发酵及渗透活化对稻壳中硅元素的作用机制。样品DFRO1-AC的比表面积为2270m2/g,重量储氢密度为1.21wt%,吸附性较好且仍未达到吸附平台,高于文献报道的活性炭常温下的储氢密度。(3)开发利用瞬时膨化技术,以廉价的陈化大米为原料,通过预炭化、活化和炭化等步骤,成功制备出高性能的活性炭。过程中探究了膨化压力、原料含水率对爆米花的影响机制,最后使得大米体积膨胀到原来的13倍,且表面比较完整。制备的样品RPK3-AC 比表面积为1759 m2/g,微孔容积达到0.63cm3/g,重量储氢密度为1.14wt%。(4)最后揭示了活性炭常温吸附储氢的影响因素,发现了活性炭常温下的储氢密度和Vmin、Sbet、Smin密切相关,说明在常温下吸附过程不仅仅只有单层吸附,介孔和微孔同时参与了吸附储氢。综上所述,本文基于各种廉价的原材料,开发了不同的制备方法,成功制备出高性能的活性炭,在常温下表现出较高的储氢量。最后探究了活性炭孔隙结构发育成型机理,分析影响活性炭质量储氢密度的各种因素,为活性炭储氢材料的制备与研究提供一定的指导意义。
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