Al-轻质金属络合氢化物复合体系优化设计、制备与产氢机理研究

摘要

本文在全面综述制氢技术和铝基复合制氢材料的研究现状的基础上，以Al-LiBH4体系为研究对象，采用机械球磨法制备了一系列铝基复合制氢材料，采用排水取气法研究了该铝基复合材料的放氢性能。探讨了不同球磨条件、掺杂剂等对材料放氢性能的影响。并运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对复合材料进行表征，进而对复合材料与水反应制氢的机理进行详细研究。
　　 本文制备了Al-LiBH4系列铝基复合材料。该材料的产氢性能和XRD分析结果表明，反应温度升高，有利于金属铝和LiBH4之间的相互促进作用，提高材料的氢气产量及产率。常温下该复合材料与水反应迅速，氢气产量高。于30∶1球料比、球磨5h的Al-25wt％LiBH4制备的复合材料，30min内每克材料可以产生720mL氢气;当反应温度升高至90℃时，同种材料在30min内的氢气产量高达2030mLH2/g，氢气产率达95％;而在90℃反应时Al-30wt％LiBH4材料的氢气产量为2210mLH2/g，氢气产率在96％以上。
　　 本文还在A1-LiBH4的基础上添加添加剂(钛粉(Ti)、铋粉(Bi)、氢化锂(LiH)、Li3AlH6、氢化铝锉(LiAlH4)、氢化钙(CaH2)、氯化钠(NaCl)和无水氯化锡(SnCl2》改善复合材料的制氢性能。Al-LiBH4-Bi具有高氢气产量，Al-15wt％LiBH4-5wt％Bi的氢气产量达到了1310mL/g，但其最高产氢速率较低为1390mL/g·min;Al-LiBH4-LiH体系产氢速率快，Al-5wt％LiBH4-5wt％LiH的氢气产量为750mL/g，氢气产率为47％，产氢速率很高为2135mL/g·min。同时在Al-LiBH4体系中加入Bi和LiH组成四元体系，Al-5wt％LiBH4-3wt％LiH-2wt％Bi的氢气产量为1085mL/g，氢气产率为70％，产氢速率为4340.3mL/g·min。Al-15wt％Li3AlH6复合材料的氢气产量为1465mL/g，反应的产氢率为94％，最大产氢速率为2110mL/g·min。
　　 本文以Al-5wt％LiBH4为研究对象，采用Bi部分取代Al制备了Al-5wt％LiBH4-Bi三元体系。并且讨论了球磨时间、球料比、球磨速度分别对Al-5wt％LiBH4-3wt％Bi复合材料的产氢性能的影响。结果表明，球料比为30∶1、球磨速度为500r/min球磨3.5h的复合材料的氢气产量最高为1480mL/g，最大产氢速率较低为975mLH2/g·min。若降低球料比(20∶1)、球磨速度(400r/min)、球磨时间(2h)可大幅度提高材料的最大产氢速率，但会降低材料的氢气产量。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对所制得铝基复合材料进行物相分析和形貌分析，结果表明，在球磨过程中Al、LiBH4、Bi三者只是机械混合，没有形成新相。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 制备氢气的现状

1．2．1 化石燃料转换制氢

1．2．2 电解水制氢

1．2．3 生物制氢

1．2．4 光催化分解制氢

1．2．5 硼氢化钠催化水解制氢

1．2．6 金属制氢

1．3 铝-水反应制氢

1．3．1 铝水在碱性介质中反应制氢

1．3．2 铝与无机盐共存与水反应制氢

1．3．3 铝与氧化物共存与水反应制氢

1．3．4 铝合金与水反应制氢

1．3．5 对铝进行预处理

1．3．6 结语

1．4 本论文工作的意义目标、思路和主要内容、创新点

1．4．1 本文的研究的目标和意义

1．4．2 本文研究的思路和内容

1．4．3 本文研究的创新点

第二章 实验方法与表征手段

2．1 实验所用原料与试剂

2．2 制备铝基复合材料

2．2．1 原材料的储存

2．2．2 制备铝基材料的方法

2．3 铝基复合材料性能的测试和表征

2．3．1 铝基复合材料产氢性能的测试

2．3．2 复合材料气体产物的成分分析

2．3．3 铝基复合材料的性能表征

第三章Al-LiBH4铝基复合材料的制备与性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 实验过程

3．3 结果与讨论

3．3．1 LiBH4含量对复合材料产氢性能的影响

3．3．2 反应温度对复合材料产氢性能的影响

3．3．3 球磨时间、球料质量比的影响

3．3．4 反应机理的探讨

3．4 本章小结

第四章 添加剂对Al-LiBH4体系产氢性能的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 铝基复合材料的制备

4．2．2 复合材料产氢性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 加入添加剂对Al-LiBH4体系产氢性能的影响

4．3．2 同时加入铋粉和氢化物对复合材料产氢性能的影响

4．3．3 球磨时间对Al-5 wt％LiBH4-3 wt％LiH-2 wt％Bi体系产氢性能的影响

4．3．4 Al-Li3AlH6体系产氢性能的研究

4．4 本章小结

第五章 Al-LiBH4-Bi体系的产氢性能的研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 铝基复合材料的制备

5．2．2 产氢性能测试

5．2．3 气体产物的成分分析

5．2．4 X射线衍射(XRD)分析

5．2．5 扫描电镜(SEM)分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 添加Bi的量对Al-LiBH4-Bi体系产氢性能的影响

5．3．2 球磨时间对复合材料产氢性能的影响

5．3．3 球料比对复合材料产氢性能的影响

5．3．4 球磨速度对复合材料产氢性能的影响

5．3．5 Al-LiBH4-Bi复合材料的物相分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文