鋁-硼氫化鈉體系水解產氫行為的研究.pdf

1、本論文研究了鋁/硼氫化鈉體系的水解產氫行為?？疾炝?Al/NaBH4體系的組分設計、水解溫度、催化劑活性等因素對該體系水解性能的影響。通過XRD、SEM、IR、粒徑分布等微觀結構分析手段，對樣品的物相、形貌、顆粒尺寸進行系統的研究，闡述Al/NaBH4體系的水解產氫機理以及催化劑對體系的催化機制。研究內容包括以下幾方面：
　　1.研究Al/NaBH4/Co/NaAlO2體系的水解產氫性能和產氫機理。通過改變Al/NaBH4質量比、

2、Co含量、NaAlO2濃度等因素，優化 Al/NaBH4/Co/NaAlO2體系水解性能。323 K時,0.1 g Al/0.3 g NaBH4/0.06 g Co/4 mL0.4 M NaAlO2體系30 min內產氫率達98％；0.2 g Al/0.2 g NaBH4/0.06 g Co/4 mL0.8 M NaAlO2體系30 min內產氫率為100%。0.2 g Al/0.2 g NaBH4/0.06 g nano Co/4 m

3、L0.4 M NaAlO2體系的水解活化能為53.3 kJ mol-1，表明水解反應速率主要受化學反應控制；Al水解副產物 Al(OH)3呈弱酸性，協同 Co改善 NaBH4水解性能；NaBO2·2H2O顯堿性，促進Al(OH)3溶解，有利于金屬Al繼續水解；NaAlO2濃度增加有利于Al(OH)3溶解，促進Al持續水解；Al/NaBH4水解副產物之間的相互作用以及催化劑Co/NaAlO2的協同催化有效改善Al/NaBH4/Co/NaA

4、lO2體系水解動力學性能。
　　2.研究了固態Al-Li/NaBH4體系在CoCl2溶液中的水解產氫性能。闡述Al-Li/NaBH4質量比，Li含量，CoCl2濃度和水解溫度等因素對 Al-Li/NaBH4/CoCl2體系水解性能的影響，通過XRD、SEM、IR和粒度分布等分析手段，討論相關的水解產氫機制，并優化組分設計。303 K時，0.5 g Al-20 wt% Li/0.5 g NaBH4/5 mL2.5 wt% CoCl2

5、體系水解產氫量為1674mL，產氫率為89%。闡明Li和CoCl2協同改善Al/NaBH4體系水解性能的作用機制：1）金屬Li自身水解產氫，提供額外氫源；2）金屬 Al與 Li在球磨過程中發生合金化反應，形成Al-Li合金，有利于減小顆粒尺寸，增大顆粒比表面積，促進水解反應的進行；3）金屬Li水解副產物LiOH呈堿性，改善體系中Al的水解動力學；4）CoCl2與NaBH4反應生成高催化活性的Co2B，有利于改善Al/NaBH4體系的水解

6、動力學；5）Al-Li/NaBH4體系中水解副產物LiAl2(OH)7·xH2O和Al(OH)3負載Co2B形成NaBH4水解的良好催化劑，改善NaBH4的水解性能。6）Co2B可作為陰極材料與陽極Al形成腐蝕電池，促進了Al的電化學腐蝕。
　　3．探索了不同顆粒尺寸和含量的Co粉對Al-Li-Co/NaBH4體系水解產氫性能的催化作用。隨Co含量增加和粒徑減小，體系水解動力學明顯改善。同等條件下，Al-Li-Co/NaBH4體系

7、水解性能排序如下：Al-5wt% Li-50wt% nano Co/NaBH4體系>Al-5wt% Li-50wt% micro Co/NaBH4體系>Al-7.5wt% Li-25wt% nano Co/NaBH4體系>Al-7.5wt% Li-25wt% micro Co/NaBH4體系，其對應水解活化能逐漸遞增，分別為41.8 kJ mol-1，54.8 kJ mol-1，62.5 kJ mol-1，68.4 kJ mol-1。C

8、o含量增加和粒徑減小，Al-Li-Co球磨產物中 Al1.04Co0.94含量增加，粉末顆粒尺寸減小，有利于體系在水解過程中形成更多的微型腐蝕電池，加快Al的電化學腐蝕，改善Al水解動力學，同時形成Co/Al(OH)3催化劑，增強催化活性，改善NaBH4水解動力學。Al-Li-Co/NaBH4體系水解副產物具有很好的催化活性，但Co含量和顆粒尺寸不同，體系水解副產物催化活性的穩定性存在差異。四組體系水解副產物催化活性的穩定性排序：Al-

9、7.5 wt% Li-25 wt% nano Co/NaBH4體系>Al-7.5 wt% Li-25 wt% micro Co/NaBH4體系>Al-5 wt% Li-50 wt% nano Co/NaBH4體系>Al-5 wt% Li-50 wt% micro Co/NaBH4體系。Al-Li-Co/NaBH4體系水解副產物的催化活性來自于 Co/Al(OH)3/LiAl2(OH)7·2H2O混合物。相比副產物LiAl2(OH)7·2