【摘 要】
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氢能因具有热值高、可持续和环境友好等一系列优点,受到广泛关注。但是,氢能是一种二次能源,氢气的应用需要依靠制氢技术和储氢技术。铝-水反应制氢因能够将氢气的制取与存储相结合,实现了按需制氢和实时制氢,在氢能领域受到关注。然而,铝表面极易形成一层致密的氧化膜,这层氧化膜成为了铝-水反应制氢的主要障碍。为了实现铝-水反应制取氢气,必须采取措施破坏铝表面的氧化膜。基于这个认识,本论文选择以铝和低熔点金属(
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氢能因具有热值高、可持续和环境友好等一系列优点,受到广泛关注。但是,氢能是一种二次能源,氢气的应用需要依靠制氢技术和储氢技术。铝-水反应制氢因能够将氢气的制取与存储相结合,实现了按需制氢和实时制氢,在氢能领域受到关注。然而,铝表面极易形成一层致密的氧化膜,这层氧化膜成为了铝-水反应制氢的主要障碍。为了实现铝-水反应制取氢气,必须采取措施破坏铝表面的氧化膜。基于这个认识,本论文选择以铝和低熔点金属(Ga、In和Sn)为基本原料,采用机械球磨的方法,同时又添加金属氧化物(Al2O3、Bi2O3和CaO)或无机盐(NaCl和KCl)作为改性剂,制备了Al-Ga-In-Sn-Al2O3/Bi2O3/CaO合金和Al-Ga-In-Sn-NaCl/KCl合金。通过一系列的表征测试和产氢实验,研究了合金成分、球磨时间及反应条件等因素对合金产氢性能的影响。本论文的主要研究内容及结论如下:1.Al-Ga-In-Sn-Al2O3/Bi2O3/CaO多元合金的制备及产氢性能研究(1)与Al-Ga-In-Sn-Al2O3/Bi2O3/CaO合金相比,Al-Ga-In-Sn合金的产氢性能受球磨时间的影响更大,并且其产氢性能随着球磨时间从1小时延长到3小时而不断下降;(2)Al-Ga-In-Sn-Bi2O3合金的表面缺陷最多,产氢速率最快;(3)当初始反应水温为65°C时,Al-Ga-In-Sn合金、Al-Ga-In-Sn-Bi2O3合金和Al-Ga-In-Sn-CaO合金的产氢量均超过了1000 mL g-1;(4)降低反应合金/水比例能够提高Al-Ga-In-Sn-Al2O3/Bi2O3/CaO合金的产氢性能;(5)Al-Ga-In-Sn-Al2O3/Bi2O3/CaO合金的抗空气作用性能明显优于Al-Ga-In-Sn合金,并且Al-Ga-In-Sn-CaO合金的抗空气作用性能最好。2.Al-Ga-In-Sn-NaCl/KCl多元合金的制备及产氢性能研究(1)NaCl对合金的产氢量提升作用更大,而KCl对合金的产氢速率提升作用更大;(2)Al-Ga-In-Sn-NaCl合金的颗粒尺寸随着NaCl含量的升高而减小,但产氢性能却随着NaCl含量的增加先上升后下降;(3)降低合金/水比例能够提高Al-Ga-In-Sn-5%NaCl合金的产氢性能。此外,Al-Ga-In-Sn-5%NaCl合金在纯水中的产氢性能优于其在NaCl溶液中的产氢性能;(4)随着球磨时间从9小时延长到21小时,Al-Ga-In-Sn-5%NaCl合金的产氢性能先上升后下降。球磨18小时的Al-Ga-In-Sn-5%NaCl合金在25°C的纯水中反应时,产氢量达到了1150 mL g-1,产氢转化率达到了95%;(5)Al-Ga-In-Sn-10%NaCl合金的活化能比Al-Ga-In-Sn-5%NaCl合金高,因此Al-Ga-In-Sn-10%NaCl合金的水解反应动力学受水温的影响更大;(6)Al-Ga-In-Sn-5%NaCl合金和Al-Ga-In-Sn-10%NaCl合金在空气中放置后产氢性能变化不同。不过,这两种合金在空气中放置5天和10天后,产氢量均可以维持它们原产氢量的100%和94%。
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