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活性炭掺杂硼对氢吸附的影响
文章作者:韩研网络部 更新时间:2019-3-4 10:49:26

  使用新的工艺技术改变活性炭中孔隙的表面和结构,对硼掺杂活性炭中氢吸附的影响研究。氢气目前以压缩或液化形式储存和运输。通过化学吸附或物理吸附在主体材料中的氢存储作为轻型车辆的替代的,实用的和实惠的存储技术出现。在金属和化学氢化物中,氢通过共价键,离子键或金属键与主体连接。因此,化学吸附是可逆的几乎不与氢仅在高温下或在暴露释放到催化剂。在物理吸附,氢分子通过弱范德华力吸附在吸附剂表面上作为高密度流体。结果,氢的吸附热相对较小,导致低的储存容量。

  尽管开发了有效的氢吸附剂的大量研究工作,但今天没有材料符合设定的储存目标。开发氢吸附剂的相关参数是材料的重量和体积储存容量。到2020年,2025年和能够达到的极限目标分别设定为0.045,0.055和0.065 kg H 2/kg(重量储存),0.030,0.040和0.050 kg H 2/L(用于体积存储)。重要的是要注意,这些目标是针对完整的存储系统(计算阀门,调节器,管道,材料和其他工程部件所占的质量和体积)而定义的,而不是仅针对吸附剂材料。而有可能通过物理吸附储氢的材料是活性炭。

活性炭内的硼原子

  我们尝试使用一种修改活性炭结构的新方法。在活性炭中掺杂硼再经过一些工艺,改变孔表面和结构。经过工艺后的活性炭吸附的水分量分别增加了18%和23%(相对于未经过工艺的样品),从表面积已经观察到样品的中度增加。先前对中等碳进行的尝试是针对低表面积碳进行的。在这里,我们尝试使用工艺修改硼掺杂的高表面积碳的孔结构来测试它的对氢的吸附量。

  样品制备与超临界氢吸附

  活性炭样品由原材料与磷酸和KOH连续化学活化组成。在活化期间,在活性炭内加入磷酸在45℃的烘箱中浸泡12小时。将混合物在480℃下在氮气环境中活化。然后用热水洗涤烧焦的碳直至中和(pH=7)。经过一次活化后使用KOH溶液进行二次化学活化在790℃下进行,KOH与碳的比例为3:1。然后将所得材料用水(pH=7)洗涤并干燥后,通过沉积十硼烷掺杂制成活性炭。再使用体积吸附分析仪体积测量氢(99.999%纯度)吸附等温线。在T=80K和1至100巴的压力下测量氢重量过量吸附等温线。在将样品在400℃和动态真空(20托)下退火2小时后测定干燥样品质量。

  我们发现活性炭掺杂硼经过工艺改变了表面和孔结构,引入了作为吸附氢的高能结合位点的缺陷。相对于其未改造的亲本样品,改造后的活性炭中平均结合能增加6%。此外,这种增加在低覆盖率下更大,导致在低压范围中的氢存储容量增加9%。

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