新型有机液体储氢体系研究

论文摘要

乙基咔唑是一种新型有机液体储氢材料,具有可逆储放氢特性,在储氢领域里有着良好的应用前景.本文首先通过改变反应温度、压力、催化剂含量等因素研究了乙基咔唑在高压反应釜中的加氢动力学,结果表明,乙基咔唑液相加氢反应是一个由发生在催化剂颗粒表面上的化学反应所控制的过程,气-液和液-固界面上的传质阻力均可忽略；在180～20℃温度范围内,乙基咔唑吸氢行为最佳,重量储氢量可达5.0wt%；在反应温度120℃～200℃,压力2.0～6.0 MPa,催化剂含量10 wt%时乙基咔唑加氢反应表观活化能为65.17KJ/mol,表观动力学方程可表达为：由于乙基咔唑加氢反应产物主要有五种,分别为四氢乙基咔唑、六氢乙基咔唑、八氢乙基咔唑、十氢乙基咔唑、十二氢乙基咔唑,因此进一步对乙基咔唑液相加氢历程进行实验研究,并利用Gaussian软件,优化了反应物及加氢中间产物的构型,计算获得了热力学能量,结合实验结果,对不同结构的中间产物反应难易程度及稳定性作出了合理的解释。其次,本文研究了十二氢乙基咔唑的脱氢反应过程,发现随着温度的上升转化率逐步提高,当反应温度为218℃时脱氢转化率达到最高为76.1%。但进一步提高温度到232℃时转化率下降为73.6%。脱氢反应的产物以乙基咔唑、四氢乙基咔唑,八氢乙基咔唑为主。最后,本文还对乙基咔唑吸氢和脱氢反应一体化过程进行研究,并在高压反应釜中对该过程进行循环实验。研究表明,在6小时内,乙基咔唑实现了在180-200℃下的储放氢过程,具有一定的可逆性,但循环稳定性并不理想。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 氢的制备
• 1.1.3 氢能的应用
• 2 文献综述
• 2.2 储氢技术介绍
• 2.2.1 高压压缩储氢
• 2.2.2 低温液态储氢
• 2.2.3 金属氢化物储氢
• 2.2.4 吸附储氢
• 2.2.5 络合物储氢材料
• 2.2.6 无机物储氢
• 2.2.7 有机液体氢化物储氢技术
• 2.3 新型有机液体储氢体系
• 2.3.1 咔唑
• 2.3.2 乙基咔唑
• 2.4 液体有机氢化物脱氢技术
• 2.4.1 气相脱氢反应
• 2.4.2 液相脱氢反应技术
• 2.4.3 "湿-干多相态"脱氢反应技术
• 2.5 量子化学理论基础
• 2.5.1 密度泛函理论（DFT）
• 2.5.2 计算软件Gaussian
• 2.6 本论文研究内容
• 3 实验部分
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验步骤
• 3.2.1 乙基咔唑吸氢反应
• 3.2.2 乙基咔唑加氢反应历程研究
• 3.2.3 十二氢乙基咔唑脱氢反应研兖
• 3.2.4 乙基咔唑吸/放氢一体化循环储放氢反应性能的研究
• 3.3 仪器分析
• 3.3.1 气相色谱分析
• 3.3.2 气质联用分析
• 3.3.2 热重分析（TGA）
• 3.3.3 气体吸附仪
• 3.3.4 扫描电镜（SEM）观察
• 4 乙基咔唑液相加氢反应动力学
• 4.1 乙基咔唑加氢反应过程研究
• 4.1.1 温度对乙基咔唑液相加氢反应速率的影响
• 4.1.2 催化剂用量对乙基咔唑液相加氢反应速率的影响
• 4.1.3 氢气分压对乙基咔唑液相加氢反应速率的影响
• 4.1.4 乙基咔唑加氢条件的确定
• 4.2 乙基咔唑加氢反应动力学分析
• 4.2.1 Raney-Ni-乙基咔唑加氢反应传质过程分析
• 4.2.2 动力学模型参数的确定
• 4.2.3 气液界面处液膜侧传质阻力
• 4.2.4 液相主体到催化剂表面传质阻力和催化剂表面的反应阻力
• 4.2.5 乙基咔唑液相加氢反应动力学模型的验证
• 4.3 结论
• 5 乙基咔唑液相加氢历程分析
• 5.1 乙基咔唑液相加氢产物浓度随时间的变化过程
• 5.2 DFT理论计算研究
• 5.3 结论
• 6 十二氢乙基咔唑脱氢反应研究
• 6.1 十二氢乙基咔唑脱氢反应的过程分析
• 6.2 反应温度对十二氢乙基咔唑脱氢性能的影响
• 6.3 催化剂用量对十二氢乙基咔唑脱氢性能的的影响
• 6.4 结论
• 7 乙基咔唑吸/放氢一体化循环储放氢性能的研究
• 7.1 乙基咔唑吸/放氢过程一体化的研究
• 7.2 乙基咔唑吸/放氢一体化循环储放氢过程的研究
• 7.2.1 乙基咔唑吸/放氢一体化循环储放氢反应特性研究
• 7.2.2 乙基咔唑吸/放氢一体化循环储放氢反应产物研究
• 7.2.3 乙基咔唑吸/放氢一体化循环储放氢反应催化剂活性研究
• 7.3 结论
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历及硕士期间所取得的科研成果