储氢材料中MgH2对噻吩加氢反应影响的研究

摘要

本文主要在氢气氛围下采用机械反应球磨法制备了镁基储氢材料70Mg30C，利用TEM和SEM对材料进行了颗粒粒度和形貌表征，利用XRD对材料进行了物相分析，利用DSC来确定储氢材料的放氢温度，利用自制的排水法放氢装置来表征储氢材料的储氢密度和放氢曲线。在固定床管式反应器上，以噻吩为模型化合物，将镁基储氢材料用于噻吩加氢反应，分别研究了反应温度和反应时间对储氢材料用于噻吩加氢反应产物、活性和硫含量的影响，并探讨了储氢材料中的Mg和微晶碳在噻吩加氢反应中的作用，进一步来说明了储氢材料中的活性组分MgH2在噻吩加氢反应中的至关重要作用。
　　在镁基储氢材料用于噻吩加氢反应过程中，储氢材料性受热可释放出高活性固相原子态氢，活性氢可以攻击噻吩的C-S键，C-S键断裂，生成C4烃，同时还发生了C4烃的裂解反应，生成更小分子的烯烃和烷烃。噻吩加氢反应过程中C-S键断裂产生的硫自由基可以与活性氢结合生成H2S，从而实现了有机硫向无机硫的转化。
　　在噻吩加氢反应过程中，一定要控制好反应温度。反应温度过低，储氢材料将无法为噻吩加氢反应供氢，无C4烃生成和明显的噻吩转化率，噻吩不发生加氢反应;反应温度过高，尽管有明显的噻吩转化率，但是却无检测到C4烃，这是C4烃在高温下容易发生积碳反应所致。只有在特定温度范围内，储氢材料释放出的高活性氢才可以攻击噻吩的C-S键，生成C4烃。
　　反应时间也是噻吩加氢反应的一个重要影响参数。噻吩加氢反应产物和反应活性随反应时间变化而变化。在反应前期，储氢材料放氢速率快，反应管中活性MgH2在其表面解离出高活性氢量增多，促进噻吩加氢反应;在反应后期，储氢材料放氢速率慢，反应管中活性MgH2在其表面解离出高活性氢量减少，不利于噻吩加氢反应。
　　储氢材料中的硫主要来自于H2S与Mg结合生成的MgS。硫含量随反应温度升高而升高，进一步说明噻吩加氢反应程度随反应温度升高而加剧;硫含量随反应时间延长而先增大后趋于稳定，进一步说明反应前期储氢材料具有供氢能力而反应后期因MgH2完全解离而无供氢能力。
　　储氢材料是一个不同组分混合体，含有Mg、微晶碳和MgH2。储氢材料在500℃静态放氢处理后，储氢材料中的组分发生了变化，MgH2完全发生解离，MgH2转变为Mg，储氢材料无供氢能力，无法为噻吩加氢反应供氢，Mg与噻吩不发生加氢反应。微晶碳经充氢球磨后，具有一定的储氢能力，但储氢密度低，在与噻吩反应过程中，球磨过程形成的微晶碳破键会与从微晶碳层间脱附出的氢气发生反应生成小分子烃类，反应过程中无C4烃生成，微晶碳与噻吩不发生加氢反应。储氢材料中的活性组分为MgH2，在适当的温度范围内，其释放出的活性氢可以攻击噻吩的C-S键，C-S键断裂，生成C4烃，活性MgH2是噻吩加氢反应的关键物质。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 噻吩的脱除方法

1．3 储氢材料的加氢反应应用

1．4 本课题的研究意义及研究内容

2 实验材料及实验方法

2．1 实验材料及实验设备

2．2 储氢材料的制备及表征

2．3 噻吩加氢反应

3 储氢材料用于噻吩加氢反应的研究

3．1 引言

3．2 储氢材料的结构表征和放氢性能测试

3．3 反应温度对储氢材料用于噻吩加氢反应影响

3．4 反应时间对储氢材料用于噻吩加氢反应的影响

3．5 本章小结

4 储氢材料中的镁和微晶碳在噻吩加氢反应中的作用

4．1 引言

4．2 储氢材料中Mg在噻吩加氢反应中的作用

4．3 储氢材料中微晶碳对噻吩加氢反应的影响

4．4 本章小结

5 结论与问题

5．1 主要结论

5．2 主要创新点

5．3 问题与展望

致谢

参考文献