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贮氢材料的种类和用途

发布时间:2018-02-03 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:638

贮氢材料有很多种类:La-Ni5, Ti-Mn, Ti-Fe-Mn,混合稀土等材料。这些材料具有特殊的晶体结构,使得氢原子能够进入其晶格间隙中形成氢化物。其贮氢量可达自身体积的1000~1300倍,氢又与这些金属的结合力很弱,一旦加热或减低压力,氢就从这些贮氢材料中释放出来。氢的这种吸收和释放取决于氢和金属的相平衡关系,并受温度、压力和组分的制约。贮氢材料的贮氢密度很大,甚至高于液态氢密度。

共同特性,即低温(0℃)时吸附氢气,和氢形成三元氢化物,而其他气体不与这些材料起作用(不吸附);高温(80~100℃)时则氢气被排出,贮氢材料大致分为稀土、钛系、锆系和镁系等。按组成有AB5型、AB2型,AB型等,如LaNi5、ZrMn2、Mg2Ni、TiFe等材料。吸氢过程分为三个步骤:①氢分子在合金中离解为氢原子;②氢原子向合金内扩散;③形成金属氢化物。当条件(温度)改变时,即放气时则是相反的吸热过程。它的反应式是:

M+x/2H2=MHx+Q

式中,M为贮氢材料;MHx为金属氢化物固熔体;Q为热量。

利用贮氢材料只贮存氢这一原理,原则上可以制备6N以上超高纯氢气。

贮氢材料用途广泛,除用于净化和回收外,还可用于制作氢化物热泵;以贮氢合金制造的镍氢电池具有容量大、无毒安全和使用寿命长等优点;利用贮氢合金可制成海水淡化装置和用于空间站的超低温用制冷设备等。作者曾对国内研制的四种贮氢材料进行分析测试比较,结果见表2.16和表2.17。

表2.16  四种贮氢材料和钯扩散纯化器提纯氢气纯度比较

*水的分析数据不一致与排气量有关(管道系统污染)

表2.17  贮氢罐排气后氢气纯度变化

从表2.16、表2.17说明贮氢罐的使用必须注意;①充氢装置的连接件必须采取防污染措施;②充满氢气后的贮氢罐要充分排气才能使用,排气量越大,水的污染就越小。最近发现的氟型金属有机框架(fluorinated metal-organic frameworks,简称FMOFS)贮气体(除氢外的如氧、氮、甲烷……)材料是一种新型结晶材料,FMOFs属于多氮唑簇的化合物,见图2.27。它具有高孔型、比表面积大、合成方便、构架的腔体或孔隙大小可调、纯度高及结晶性好等优点。孔径可调范围在0.38~31nm。我国“863”计划和“937”计划中,贮氢材料是重点项目。新型MOFs或FMOFs代替储氢材料必将引起关注。FMOFs材料还应用于惰性气体Xe和Kr的分离。

离子液体

这是一种主要应用于气体的贮存、分离,同时包括对气体的纯化。图2.27为氟金属有机骨架材料内“镶嵌”气体分子的示意图。

图2.27  FMOFs内“镶嵌”气体分子

FMOFs 是由金属离子和有机配体形成,含氧、氮等多齿有机配体(芳香多酸)自组装成的微孔网络结构的配位聚合物。按配位的不同,可分为羧酸配体、含氮杂环类配体聚合物等

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