活性炭辅助海水电解制氢的研究

论文摘要

氢将成为21世纪的一种重要的洁净能源。因而,制氢技术的发展受到了世界各国的高度重视。制氢技术通常分为两大类：一类是电解水制氢,需要消耗电能；另一类是从其它一次能源转化制氢,伴随有能量损失。本文研究了活性炭辅助海水电解制氢,使电解海水的电压大幅度降低,同时抑制了氯气的产生,实现了节约电能的要求。本文通过电化学方法对活性炭用量,催化剂种类和浓度,硫酸浓度进行了研究,测量的结果表明：相同浓度下,Ce4+的催化活性明显高于Fe3+,确定了在电压1.0V以下电解海水时的最佳实验条件为：活性炭含量15g/L海水,硫酸的浓度为1.0mol/L, Ce4+浓度为2×10-3mol/L。在此条件下,当电压为0.8V时,电解海水的平均电流可达到104.6mA,平均电流密度为87.17A/m2,产生氢气的电流效率可以达到98%以上。电解时阳极有二氧化碳生成,无氯气产生。本文采用循环伏安法研究了铁和铈作催化剂时,活性炭辅助海水电解制氢的反应过程。在铁和铈作催化剂时,峰电流值随着扫描速度的增加而增大,且峰电流值与扫描速度平方根成正比,说明此反应过程是一个不可逆过程,电活性物质在电极界面的传质为线性扩散。采用气相色谱法分析电解阳极萃取物,检测出有机物表明,在电解过程中,阳极除了产生二氧化碳以外,还有其他的有机物产生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 活性炭的性能及应用
• 1.1.1 活性炭的性能特点
• 1.1.2 活性炭的应用
• 1.2 海水资源的开发和利用
• 1.2.1 海水直接利用
• 1.2.2 海水淡化
• 1.2.3 海水化学物质提取
• 1.3 氢能的利用和开发
• 1.3.1 氢能的特点
• 1.3.2 氢能的应用
• 1.3.3 制氢技术的现状
• 1.4 电解水制氢
• 1.4.1 电解水制氢的现状
• 1.4.2 水电解制氢的节电运行
• 1.5 电解海水制氢
• 1.5.1 海水电解制氢及存在的问题
• 1.5.2 煤浆电解制氢
• 1.5.3 碳素材料辅助海水电解制氢
• 1.6 本文研究内容及意义
• 第2章 活性炭辅助海水电解制氢方法
• 2.1 实验仪器和试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验装置
• 2.2 反应条件实验
• 2.2.1 测试电压对电解电流的影响
• 2.2.2 测试铁（Ⅱ）浓度和铈（Ⅳ）浓度对电解电流的影响
• 2.2.3 测试硫酸浓度对电解电流的影响
• 2.2.4 测试活性炭用量对电解电流的影响
• 2.2.5 电流密度测试
• 2.2.6 气体收集和检验
• 2.2.7 活性炭辅助海水电解制氢的电流效率测定
• 2.3 活性炭辅助海水电解制氢过程的循环伏安法研究
• 2.3.1 循环伏安法简介
• 2.3.2 循环伏安法原理
• 2+和Ce⁴⁺在活性炭辅助电解海水体系中的CV行为'>2.3.3 Fe²⁺和Ce⁴⁺在活性炭辅助电解海水体系中的CV行为
• 2.4 阳极产物的气相色谱分析
• 2.4.1 气相色谱分析法简介
• 2.4.2 气相色谱分析的特点及其应用范围
• 2.4.3 气相色谱分析阳极产物
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 实验条件的确定
• 3.1.1 电压对电解电流的影响
• 3.1.2 测试铁（Ⅱ）浓度和铈（Ⅳ）浓度对电解电流的影响
• 3.1.3 测试硫酸浓度对电解电流的影响
• 3.1.4 测试活性炭用量对电解电流的影响
• 3.1.5 电流密度测试
• 3.1.6 气体收集和检验
• 3.1.7 活性炭辅助海水电解制氢的电流效率实验
• 3.2 活性炭辅助海水电解制氢的循环伏安研究
• 3.2.1 催化剂铁离子在体系中的CV行为
• 3.2.2 催化剂铈离子在体系中的CV行为
• 3.3 阳极产物的气相色谱分析
• 3.4 不同碳素材料辅助海水电解制氢的比较
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢