从能源安全和经济发展的需要考虑,氢能将成为能源发展的历史必然。近年来随着纳米科学的飞速发展,纳米技术与专业技术不断交叉结合,在诸多领域都体现出巨大的优越性能。在氢能开发中,纳米技术的应用也将带来更多的机遇和巨大的潜力。纳米锌粉制氢具有三点优势: (1)纳米颗粒的小尺寸效应和高的表面积,可降低反应温度,提高反应速率;(2)纳米颗粒的高比表面积,可促进热量和质量传递过程,有利于发生完全或近乎完全的氧化作用; (3)纳米颗粒在气流中易于夹带,可以简单、连续且可控地进出料,有利于工业化应用。利用纳米锌粉的独特优势设计制氢方案:利用滚压振动磨制备片状纳米锌粉,使其在较低温度下与水蒸气接触反应,水分子中的氧与纳米锌粉结合生成氧化锌,同时生成氢气。首先设计出一套简易的试验装置进行可行性试验,对纳米锌粉与水蒸气接触、发生反应后生成的气体产物进行采样和气相色谱检测,确认是否发生水解反应生成氢气。对固体产物进行透射电镜分析,观察形貌特征和颗粒大小;用能量发射谱仪检测能量发射谱图,分析固体产物所含元素,确认是否发生水解反应生成氧化锌。可行性试验经确认后,开始对纳米锌粉制氢的水解反应进一步研究,例如:研磨时间、氩气流量和反应温度对纳米锌粉制氢水解反应的影响。结果发现利用滚压振动磨研磨11h的纳米锌粉,在氩气流量为5L/min时,反应温度为275℃时与水蒸气接触,发生水解反应制取氢气的效果最好。在反应第20分钟时实际的氢气生成速率约可达178ml/min,远高于国外文献中的最高氢气生成速率1mg/min,即11.2ml/min。在纳米锌粉制氢试验研究的基础上,考虑到实际应用的问题,设计出适合纳米锌粉制氢水解反应的旋转流场反应器,并实际地操作应用以验证其性能。结果表明,旋转流场反应器大大缩短了水解反应的时间,纳米锌粉转化率亦可达89%左右。说明旋转流场反应器实现了纳米锌粉与水蒸气的快速而充分的接触,有利于纳米锌粉制氢反应的发生,针对旋转流场反应器提出了可能的优化方向以及与太阳能结合的潜力,为纳米锌粉制氢的进一步研究打下基础。