【摘要】：氫氣是一種重要的可再生清潔能源。與電解水制氫相比,電解醇類制取氫氣的能耗顯著降低,具有很好的開(kāi)發(fā)前景。但電解過(guò)程中使用的貴金屬催化劑不耐燃料中的雜質(zhì),容易中毒,并且在低溫下不能有效切割多元醇的C-C鍵,制氫效率低。多金屬氧酸鹽POM是水溶性金屬氧化物簇,能耐大多數(shù)的有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì),POM在電解過(guò)程作為催化劑和電荷載體,可在較低溫度下直接將醇類氧化產(chǎn)生氫氣。本文采用POM作為液相催化劑,在加熱的條件下醇類被POM氧化,同時(shí)電子轉(zhuǎn)移到POM分子中,氧化態(tài)POM轉(zhuǎn)化成還原態(tài)POM。在電解過(guò)程中,還原態(tài)POM在陽(yáng)極失去電子重新轉(zhuǎn)化為氧化態(tài),醇類被氧化后釋放質(zhì)子,質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜擴(kuò)散到陰極被還原成氫氣。首先,選取葡萄糖作為燃料,以磷鉬酸PMo_(12)作為液相催化劑,探究預(yù)處理過(guò)程中加熱溫度、加熱時(shí)間和溶液pH值對(duì)加熱誘導(dǎo)反應(yīng)的影響。結(jié)果顯示,增加預(yù)處理時(shí)間、提高預(yù)處理溫度,預(yù)處理前后調(diào)整pH值,可顯著提高PMo_(12)催化劑的還原度和制氫性能。適宜的反應(yīng)條件為:預(yù)處理溫度是100℃、預(yù)處理時(shí)間是4 h,預(yù)處理前后調(diào)節(jié)溶液pH值。選取葡萄糖作為燃料,分別在電流密度為0.2、0.25和0.3 A/cm~2的條件下電解葡萄糖-PMo_(12)溶液。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在電解過(guò)程中電壓保持穩(wěn)定,在電流密度是0.2 A/cm~2時(shí),產(chǎn)氫消耗的電能為1.755 kW·h/m~3,是電解水電能消耗的42.48%。選取甲醇、乙二醇、丙三醇、赤蘚糖醇、木糖醇、山梨醇等六種多元醇,探究多元醇中羥基數(shù)目對(duì)制氫效果的影響。結(jié)果表明,多元醇中羥基的數(shù)目越多,PMo_(12)的還原度越高,電解所需的初始電壓越低,在相同的電壓下電流密度越高,電解過(guò)程消耗的電能越低。紫外分光光度計(jì)和核磁共振儀分析結(jié)果表明,羥基與PMo_(12)之間存在預(yù)締合作用,這種作用在小型醇(甲醇、乙二醇)中很弱,會(huì)隨著羥基數(shù)目的增多而增強(qiáng)。核磁共振氫譜、碳譜和紅外光譜圖顯示,電解后陽(yáng)極溶液的產(chǎn)物中含有羥基、醚鍵、醛基等官能團(tuán)。多次循環(huán)電解發(fā)現(xiàn),丙三醇與PMo_(12)反應(yīng)會(huì)形成中間體。PMo_(12)作為液相催化劑,在電解過(guò)程中不僅能夠被反復(fù)利用,而且還能提高丙三醇的制氫效率。
【圖文】：

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，而是發(fā)生在溶液中。（2）不采用貴金屬催化劑，采用多金屬氧酸鹽 P催化劑和電荷轉(zhuǎn)移體，POM 可耐大多數(shù)有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，在電解過(guò)次重復(fù)利用。（3）電解過(guò)程陰極和陽(yáng)極溫度僅控制在 80℃，不需要在下進(jìn)行。液相催化電解法制氫電能消耗少，制氫效率高，制氫成本低，污染，是非常具有發(fā)展前景的一種新型制氫方法。質(zhì)子交換膜電解池（PEMEC)是電解生物質(zhì)制氫的核心部分。PEMEC 墨流場(chǎng)板、聚丙烯塑料端板、Nafion 115 膜和聚四氟乙烯（PTFE）管構(gòu) 1-1 所示，a 是 Nafion 115 膜，用于傳遞質(zhì)子和電子。為了促進(jìn)氫氣更，在 Nafion 115 膜靠近陰極側(cè)涂覆鉑/碳催化劑。b 是石墨電極，由 2 塊 3D 石墨極板構(gòu)成，在極板表面刻有流道，在流道內(nèi)側(cè)需放入處理后的c 是聚丙烯塑料端板，用于固定電極板。f 和 g 的外側(cè)連接著 PTFE 管，泵和電解池來(lái)輸送流體。

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文槽。在陰極槽內(nèi)通入 O2，，O2將槽內(nèi)的 POM-Ⅱ氧化，還原態(tài) POM-Ⅱ轉(zhuǎn)化為氧化態(tài) POM-Ⅱ，通過(guò)蠕動(dòng)泵將混合液循環(huán)通入到燃料電池的陰極。氧化態(tài) POM-Ⅱ在陰極得到電子轉(zhuǎn)化為還原態(tài) POM-Ⅱ，重新回到陰極槽。在燃料電池的陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)負(fù)載電阻，可觀察到電流的產(chǎn)生。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ116.2;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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3 王家萬(wàn);王亞夫;;微波加熱原理及應(yīng)用[J];吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年04期

4 孫道安;李春迎;張偉;呂劍;;烴類水蒸汽重整制氫研究進(jìn)展[J];工業(yè)催化;2011年12期

5 米鐵;吳正舜;余新明;吳學(xué)軍;;CaO催化裂解生物質(zhì)氣化焦油實(shí)驗(yàn)研究[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2011年05期

6 李雙明;于春令;劉章科;李寧;;生物質(zhì)氣化焦油催化裂解研究[J];中國(guó)水運(yùn)(下半月);2011年04期

7 萬(wàn)益琴;王應(yīng)寬;劉玉環(huán);王允圃;曾穩(wěn)穩(wěn);阮榕生;;生物質(zhì)微波裂解技術(shù)的研究進(jìn)展[J];農(nóng)機(jī)化研究;2010年03期

8 李琳娜;應(yīng)浩;;生物質(zhì)熱化學(xué)法制備富氫燃?xì)獾难芯窟M(jìn)展[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2009年S1期

9 劉敏;陳瀅;任南琪;;利用不同類型種泥啟動(dòng)生物制氫反應(yīng)器的試驗(yàn)研究[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版);2009年01期

10 趙希強(qiáng);宋占龍;王濤;李龍之;馬春元;;微波技術(shù)用于熱解的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2008年12期

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10 李桂霞;生物質(zhì)超臨界水氣化制氫產(chǎn)物分離的氣液相平衡研究[D];西安建筑科技大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2638406