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超级活性炭的制备、改性及其储氢研究

魏留芳  
【摘要】:世界人口数量快速增长,化石能源消耗的急剧增加造成资源渐趋匮乏且环境污染日趋严重,洁净新能源和可再生能源的开发迫在眉睫。氢能作为一种新能源和可再生能源越来越引起人们的重视,但氢气的存储是氢能利用的瓶颈。目前为止没有一种储氢方法达到美国能源部提出的储氢标准。活性炭一直以来都是一种很好的储气载体,重量密度低、比表面积高、吸氢放氢可逆。在储氢领域是比较有竞争力的一种方法。本实验以椰壳炭化料为原料,采用化学法、物理化学联合法制备出一系列活性炭,研究了制备条件对活性炭孔结构性能的影响,并对物理法制备的活性炭进行了改性处理,且对改性处理的样品进行了储氢研究。 化学法制备过程中,碱炭比对活性炭性能的影响很大。研究表明碱炭比3:1、4:1、5:1三种情况下,4:1效果最佳;混合方式采用两种:研磨和溶解。实验测得研磨的效果比溶解的好;实验比较了活化温度在800℃、850℃、900℃三个温度下活性炭的孔结构性能,发现850℃制备出的活性炭比表面积最大;活化顺序对活性炭性能的影响也很大,先物理活化后化学活化比表面积下降,而活化顺序反过来比表面积则提高;实验中粒度的选择要结合碱炭比,如果碱炭比很高则选择大粒度的炭化料,反之选用小粒度的。 采用两种方法对物理法制备的活性炭进行了改性:预吸附和浸渍。预吸附改性对活性炭储氢没有任何提高,反而抑制了氢气的吸附。浸渍改性和浸渍的溶液有很大的关系。本实验中使用了四种浸渍溶液,分别为:HF、NH_3H_2O、HNO_3和H_3PO_4。结果表明:氨水浸泡后,在9.5MPa时吸氢量增加3.6%;氢氟酸浸泡后,在9.5MPa时吸氢量增加5.4%,硝酸处理后吸氢量基本上没有改变,磷酸处理后吸附量明显降低,9.5MPa时吸氢量下降18.0%。 为了增加本实验制得的活性炭的实用价值,针对其堆密度低的缺点,本实验采用压片的方法增加其堆密度。使用的粘合剂为聚四氟乙烯乳液,发现在粘合剂和活性炭的比例为1:83.3,压力为10MPa,常温压片的条件下,堆密度提高了82%,比表面积仅降低5.7%。


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