关于水热反应产氢的研究

论文导读：氢能：化学元素氢(H——Hydrogen)，在元素周期表中位于第一位，是所有原子中最细小的。水热反应的概念与特点：水热反应即水热合成反应，其定义为水热合成是指温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。水热产氢的原理：水热反应产氢的方法主要包括了生物质水热产氢，还原剂水热产氢等。因为硫化氢气体是危害性极强的毒性气体，既严重污染环境，又对人类健康构成极大的威胁，因此本实验选取九水硫化钠作为硫化氢气体的替代品。
关键词：氢能，水热反应，硫化氢，还原剂
 

0.简述

（1）氢能：化学元素氢(H——Hydrogen)，在元素周期表中位于第一位，是所有原子中最细小的。其主要优点有：燃烧热值高，每千克高达28,900千卡，燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。

（2）水热反应的概念与特点：水热反应即水热合成反应，其定义为水热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。

（3）水热产氢的原理：水热反应产氢的方法主要包括了生物质水热产氢，还原剂水热产氢等。论文检测。我们研究的是还原剂水热产氢。

1.研究目的和研究内容

1.1研究目的

为了得到纯净、廉价的氢气，并且将氢气作为未来的主要能源之一。利用水热合成反应，来实现这一目标，并研究在工程实践中的可行性。

1.2研究内容

用还原剂水热产氢的方法，去寻找适合的还原剂，同时该还原剂要满足价格低廉、反应副产物少、环境危害小、工程实践可行性好等特点。并通过实验得到该还原剂的最佳反应条件：包括反应温度、反应时间、压强、催化剂等。

2.实验部分

2.1硫化氢作为还原剂水热产氢的研究

（1）实验材料

因为硫化氢气体是危害性极强的毒性气体，既严重污染环境，又对人类健康构成极大的威胁，因此本实验选取九水硫化钠作为硫化氢气体的替代品。硫化钠溶于水后发生水解，在水中形成硫氢根。

实验用水为去离子水。论文检测。

表1 实验仪器一览表

表2 实验所用药品一览

（2）实验装置与方法

实验的间歇式反应器采用的是小型回分式反应装置，利用诱导加热炉对反应器进行加热。反应器、以及反应器与诱导加热炉的实验装置总体图如图2.1、图2.2所示。

图2.1 间歇式实验装置示意图

图2.2 诱导加热炉装置示意图

图2.3 排水法采气装置示意图

（3）实验步骤

a） 称取0.72g 九水硫化钠（3mmol），量取所需要量的脱氧去离子水15 ml再通入氮气脱气20 min，脱去溶解在去离子水中的氧气，消除去离子水中氧气对硫化氢水热反应产氢的影响），加入到间歇性反应器，使其水填充率为36 % (本研究中除特殊说明之外均采用此添加率)。在反应器中通入氮气5 min赶出反应器中的空气，使氮气充满反应器的空余空间（消除空气中的氧气对反应的影响），将反应器密闭好，连接上采气阀，并保证反应器与采气阀之间不漏气。

如需调节pH值，则需在反应器中先加入需要量的脱氧去离子水，加入称量准确的九水硫化钠，加入所需浓度的盐酸后迅速封好反应器。

b） 先通上诱导加热炉的冷却水，将密封好的反应器垂直放入诱导加热炉的套筒中，热电偶插入到反应器的小孔中，打开诱导加热炉摆动控制器，使反应器上下晃动进行搅拌，使其保持良好的传热和传质，打开诱导加热炉的数码控制器，选取所需要的程序，开始从室温上升到实验所需温度，达到所需温度保持一定的反应时间。

c） 经过需要的反应时间后，停止反应器摆动，将反应器从诱导加热炉套筒中迅速取出并用电风扇进行冷却到室温。

d） 反应器冷却后，在饱和食盐水中采集气体，装入气体样品瓶待分析。

(4)分析方法

气体分析:气体分析采用GC/TCD：O2， N2， H2等气体的分析采用了MolecularSieve 5A(SUS， OD 1/8 inch， Length 12 ft， 80~100 mesh)填充柱。气体组分按照相应峰面积，按外标法计算。

(5)实验内容

本实验主要在水热条件下，主要考查反应温度、反应时间、初始浓度、填充率等反应条件对硫化氢作为还原剂还原水中的氢为氢气的影响，各实验条件的变化范围。九水硫化钠的添加量未加说明时，一般为添加0.72 g （3 mmol）。填充率，定义为反应添加的试料、盐酸和脱氧去离子水的总体积占反应器内容积的比例，未加说明时一般条件下为36 %。反应时间，定义为反应器在诱导加热炉套筒内达到实验指定温度到取出的时间。

表3 硫化氢水热产氢实验条件

注：pH值高于14时，用NaOH浓度来表示反应前OH-离子浓度。

2.2实验结果与分析

硫化氢为强还原剂，以硫化钠为目的产物，首先，实验确定硫化氢在高温水的条件下抽取水中的氢形成氢气的效果，然后考察如反应温度、反应时间、pH值等对硫化钠作为还原剂从水中产氢的影响因素进行分析讨论。

3.硫化钠水热产氢的确认

为了考察硫化钠作为强还原剂使水中的氢还原为氢气，研究产氢效果进行了一组实验。首先研究了九水硫化钠为0.72g（3mmol）在300 oC的反应温度下，反应时间1 h，水填充率为36 %的产氢效果实验。反应结束后对气相进行分析，气相GC/TCD进行分析。

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