NaBH催化水解发生氢气新催化体系的研究

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氢气在化学工业中的应用十分广泛,同时也是清洁能源。为了克服未来的能源缺乏和环境问题,大力发展利用氢能的技术就占有很重要的位置。燃料电池是一种电化学的发电装置,不同于常规意义上的电池。燃料电池的最佳燃料为氢。利用氢作为载能体,采用燃料电池技术将氢与大气中的氧转化为各种用途的电能,如汽车动力、家庭用电等。但是,用氢气作燃料电池的燃料也存在许多困难,主要是缺乏方便、可直接利用的供氢方法和安全、高效、经济、轻便的储氢技术。因此,发展氢能汽车和轻便电源的主要技术关键之一是能找到安全生产、储送和储存氢气的技术。 NaBH4催化水解发生氢气是一种方便、实用、且能有效制备高纯度氢气的新型氢气发生技术。氢的生成速度容易控制;制得的氢气纯度高,不需要纯化过程,可直接作为燃料电池的燃料;催化剂可以循环使用;甚至在0℃下也可以产生氢气;NaBH4水解后产生的副产物NaBO2可以循环使用。但是,目前研究者所普遍采用的硼氢化钠水解发生氢的技术路线,即硼氢化钠的强碱性水溶液通过与载有Pt、Ru等活性物质的催化剂接触从而发生水解反应产生H2,还存在着很多的问题,如使用贵重金属催化剂,催化剂在使用过程中遭到破坏,寿命短,使得此种方法的应用受到了极大的限制。 本工作研究了Fe、Co、Ni、Mn等非贵金属离子及其混合物的水溶液作为催化剂与硼氢化钠溶液反应的氢气发生系统。结果表明,在Fe、Co、Ni、Mn等几种非贵金属中,Co对硼氢化钠的水解反应有较好的催化作用,而Fe、Mn、Cu、Ni对硼氢化钠的水解反应基本上没有催化作用;但Fe对Co有明显的促进作用。对反应后催化剂的表征结果表明,在反应的过程中金属离子均被还原,生成了非晶态合金。通过模拟计算,对硼氢化钠水解技术在实际应用中可能会遇到的硼氢化钠加料量、汽车最高行驶速度、反应器体积、反应设备的设计以及如何及时移出反应热等问题,进行了分析与解答,为其实现工业化应用奠定了基础。
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