YK-1活性炭平衡储氢特性分析

文中基于氢在椰壳活性炭YK-1上的平衡吸附数据,以探寻氢在碳基材料上适宜存储条件为目的,研究吸附氢分子间相互作用能随储存系统温度、压力、表面遮盖率的变化规律。首先,依据容积法的原理,在温度区间113K—293K、压力范围0—13MPa测试氢在YK-1椰壳活性炭上的吸附等温线。其次,应用格子理论推导通用吸附等温方程,通过等温方程的线性标绘确定氢分子在吸附表面的最大浓度,并由氢分子在活性炭典型吸附空间内受到的壁面作用势函数迭代求解氢分子受到的壁面作用势,进而获得与各吸附平衡态对应的氢分子间相互作用能。最后,根据氢分子间作用能随温度、表面遮盖率等的变化关系,分析氢分子在此活性炭上吸附的特点。     

吸附氢分子的振动态及熵的计算

用第一性原理方法研究了H_2在(MgO)_9及(AlN)_(12)团簇上的吸附态、振动模式及熵.分析表明,吸附体系的振动中有六个简正模式可归为氢分子的振动;由于氢分子质量很小,零点能修正对吸附能有重要影响.利用振动配分函数计算了吸附氢分子的熵,表明吸附态H_2的熵主要决定于较低的同相振动的频率,并不完全与吸附强度相关;在标准大气压下70—350 K的温度范围内,吸附H_2的熵与气态H_2的熵之间存在很好的线性关系,吸附后H_2的熵减小约10.2R.     

5kW/4.5K氦制冷系统外纯化器吸附筒设计

纯化器设计的关键是求解吸附剂对吸工质的吸附容量。文中根据朗格缪尔方程式,对活性炭在78K温度下对氮、氧等杂质的吸附容量进行了计算与分析,研究杂质气体中氮、氢比例对吸附容量的影响。在计算结果基础上,对吸附筒进行机械结构设计和应力分析。     

不同构型石墨炔储氢性能的分子动力学比较研究

相关研究表明石墨炔是一种潜在的吸附储氢材料，然而石墨炔有不同的构型，不同构型石墨炔的储氢性能差异及原因尚未明晰。本研究基于分子动力学模拟，对α-GY、β-GY、γ-GY及GDY四种典型构型的石墨炔的吸氢性能进行了对比研究，分析了压力和温度对吸氢性能的影响，并剖析了吸氢性能差异的本质。研究发现β-GY和GDY两种构型的石墨炔吸氢性能在高压下优于其他两种构型，较低的温度有利于提高吸氢能力，而在较高压下提高压力对吸氢能力的影响不大；与石墨烯所要求高压相比，石墨炔在较低的压力下就可以实现高密度的氢气储存，例如α-GY在100 K的温度和0.5 MPa的压力下就可获得ω(H₂)=15.28的储氢密度，因此石墨炔有望成为一种性能更佳的吸附储氢材料。     

钛乙烯储氢材料的热力学和动力学性质研究

之前的工作中已经预测了钛乙烯(C_2H_4Ti)储氢的几何结构,本文将继续利用密度泛函理论(DFT)和B_3LYP杂化密度泛函方法来计算之前预测出的C_2H_4Ti(H_2)_n结构中的C_2H_4Ti和H_2反应的焓变和自由能变.通过焓变和自由能变的计算结果,可以看出:钛乙烯在298 K、250 K、200 K下可以稳定的吸附5个氢分子,同时放出大量的热量,生成的C_2H_4Ti(H_2)_n化合物在常温下也具有热力学稳定性.此外,本文通过Gaussian03中的伯恩近似分子动力学(BOMD)方法计算了C_2H_4Ti(H_2)_5化合物在298 K、250 K、200 K三个温度下的动力学性质.通过动力学研究的结果,可以发现钛乙烯分子在常温298 K下储氢时间不长;同时得到钛乙烯分子在200 K下能长时间稳定吸附五个氢分子,这进一步表明降低温度对钛乙烯分子稳定储氢是有利的.     

碳纳米纤维吸附储氢性能分析

文中综合碳纳米纤维微观结构的表征结果以及氢吸脱附等温线的实验测量结果,对碳纳米纤维的吸附储氢性能进行了综合分析,分析发现:比表面积和中孔容积均与氢吸附量成线性关系;微孔容积对材料吸附性能影响较大,微孔容积与氢吸附量成抛物线关系;氢在常温左右以及77K下的吸附等温线呈现超临界气体的吸附特征,氢在273K和353K下的吸脱附等温线也基本重合,呈现的是物理吸附的特征。实验结果还说明:常温左右,甚至是77K下,碳纳米纤维均不适合于氢的吸附储存。     

高比表面积活性炭对曙红Y染料的吸附

以海南椰树壳为原料通过复合物理活化方法制备出2162.84m2/g的高比表面积活性炭,所得活性炭孔径分布范围为1.1-2.5nm.选择对曙红Y染料进行吸附研究,采用分光光度法考查吸附剂用量、pH值、初始浓度、温度与吸附时间对单组分体系染料的吸附量与脱除效果的影响.结果表明在曙红Y浓度1600g ·m-3、pH为2.02、吸附时间10min、温度318K和吸附剂用量0.05g时脱除率可达99.9％.     

金属有机骨架材料MOF -5宽温区储氢性能模拟研究

金属有机骨架材料(MOFs)是一种新型的储氢材料,对氢气的吸附存储有较大的潜力.文中对MOF -5材料在低温至常温宽温区(77K～300K)范围内的吸氢性能展开理论研究.采用巨正则系综蒙特卡罗方法(GCMC)模拟不同温度和压力下氢气在MOF -5材料中的吸附等温线,并结合吸附位点来分析MOF -5材料在低温宽温区范围内...     

高T_c氧化物Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_y大块超导体的磁化和H_(c1)

高T_c氧化物 Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_y(x=0.2,0.3,0.4,0.5)大块超导体的 Meissner 效应表明存在110K 和85K 两个超导相,并且以110K 相为主,抗磁转变起始于103K 附近.不同样品在77.3K 的磁化实验表明,当 x≤0.3时,H_(Cl)≈28Oe,当 x>0.3时,H_(cl)=25Oe.x=0.3的样品在不同温度下的磁化实验结果表明,在 T=77.3—95K 之间,H_(Cl)与 T 成线性关系,且 dH_(Cl)/dT=-1.07Oe/K.两个超导相的存在导致磁化曲线峰的拉宽,且拉宽程度与85K 相所占的比例有关.     

高T_c氧化物Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_y大块超导体的磁化和H_(c1)

高T_c氧化物 Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_y(x=0.2,0.3,0.4,0.5)大块超导体的 Meissner 效应表明存在110K 和85K 两个超导相,并且以110K 相为主,抗磁转变起始于103K 附近.不同样品在77.3K 的磁化实验表明,当 x≤0.3时,H_(Cl)≈28Oe,当 x>0.3时,H_(cl)=25Oe.x=0.3的样品在不同温度下的磁化实验结果表明,在 T=77.3—95K 之间,H_(Cl)与 T 成线性关系,且 dH_(Cl)/dT=-1.07Oe/K.两个超导相的存在导致磁化曲线峰的拉宽,且拉宽程度与85K 相所占的比例有关.     

气体临界温度以上吸附平衡的预测研究

采用容积法测定了CH4和N2 在微孔活性炭K0 2上的吸附平衡数据 ,温度为 2 73～ 333K ,压力为 0～12MPa .提出了一个可以从单一气体吸附等温线预测其它条件下吸附平衡的理论模型 .该模型考虑了临界温度以上吸附相密度和饱和吸附量与温度的关系 ,并采用孔径分布来表征吸附剂表面吸附势场的不均一性 ,局部方程使用Langmuir描述 .利用此模型预测了CH4和N2 在K0 2活性炭上的吸附平衡 ,在所研究的温度、压力范围内的整体预测偏差不超过 3% .另外 ,对文献中不同实验条件下气体临界温度以上的吸附平衡进行了研究 ,在较宽的范围内也取得了很好的预测结果     

载硫椰壳活性炭喷射脱汞实验研究

以元素硫对椰壳活性炭在不同温度下进行载硫改性。采用N2吸附/脱附、X射线近边吸收结构等方法对吸附剂进行孔隙结构和硫存在形态表征。在模拟烟气管道喷射实验装置上进行汞吸附脱除实验研究。载硫温度500℃时椰壳活性炭汞吸附效率优于商用富硫活性炭。活性炭汞吸附脱除能力由孔隙结构、硫含量与存在形态共同决定。不同体积分数SO_2、NO和HCl的加入对活性炭均有不同程度的促进作用。     

活性质吸附氢修饰金刚石表面的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建了不同活性质吸附氢修饰和氧修饰金刚石(100)表面,计算了氢修饰和氧修饰金刚石(100)表面吸附体系的平衡态几何构型和态密度.结果表明,氢修饰金刚石表面与H_3O~+离子间具有较强的相互作用,在费米能级附近出现浅受主能级,电荷会发生从氢修饰金刚石表面向吸附H_3O~+离子迁移,从而呈现p型导电性;当吸附物为H_3O~+离子和H_2O分子混合吸附时,能带结构发生改变,但是其导电性并没有发生变化.相比之下,含水分子和H_3O~+离子的吸附物在氧修饰金刚石表面将发生分解,不能稳定存在,吸附体系仍呈现绝缘性质.     

固化块状活性炭--甲醇的吸附性能实验分析

为提高固体吸附式制冷系统中吸附床的有效传热,本文提出了一种具有较高导热系数和较快吸附速度的固化块状活性炭,并对其物性和吸附性能进行实验研究.针对采用不同材料配比的块状活性炭,测试了活性炭-甲醇在吸附温度35℃,蒸发温度3～5℃条件下的吸附性能曲线,对比分析了粘结剂比例、固化密度及不同的床换热条件对吸附性能的影响,并由此给出了块状活性炭作吸附剂时的合适的粘结剂比例、固化密度、吸附制冷循环中的循环吸附量和循环时间.     

聚乙二醇辅助下的La-Co-O复合氧化物合成及其对苯的完全氧化性能研究（英文）

以聚乙二醇(PEG)作为分散剂,采用共沉淀法合成La-Co-O复合氧化物,考察添加不同分子量的PEG(0,2 000,6 000,20 000g·mol~(-1))对复合氧化物的物化性质及苯完全氧化性能的影响。采用N_2物理吸附、XRD、SEM、H_2-TPR、O_2-TPD和XPS进行催化剂表征。苯完全氧化反应结果显示催化剂活性顺序为LCO-PEG6000LCOLCO-PG20000LCO-PG2000,LCO-PEG6000催化剂在383℃时对苯的转化率达到99%,比LCO低126℃。N_2物理吸附实验表明所制备的样品的SBET均为9~10m·g~(-1)。XRD分析显示合成的催化剂均为LaCoO_3钙钛矿主相伴生少量La_2O_3和Co_3O_4杂相,但添加PEG有利于钙钛矿主相的形成。尤其是添加PEG6000有效地抑制了催化剂颗粒的团聚,合成的样品颗粒均匀且尺寸最小。H_2-TPR和O_2-TPD结果表明该催化剂具有更高的还原性能和晶格氧迁移能力,同时XPS分析显示表面活性Co~(3+)含量最高,这些性质使其具有最高的催化氧化活性。     

新型复合固体除湿材料的吸附和解吸性能研究

为实现固体除湿系统吸附材料的低温再生及提高吸附材料的除湿效率,制备了新型复合固体除湿材料。新型复合固体除湿材料是以陶瓷纤维为基质,运用MgCl2浸渍改性硅胶及CaCl2二次强化方法而形成的复合物,复合固体除湿材料中MgCl2和CaCl2浓度均为25%。通过恒温恒湿空调室实验研究温度、风速、湿度对MgCl2/CaCl2改性复合材料除湿性能及再生特性。实验表明:在温度20℃、湿度70%条件下,复合固体除湿材料除湿量可达161 mg/g,是未改性除湿材料的3.2倍,是单一改性除湿材料的1.3倍;当系统平衡时,其除湿速率分别是未改性除湿材料的6.1倍,是单一改性除湿材料的2.6倍。除湿材料的平衡吸附量和吸附速率均与相对湿度成正比,与温度成反比;且风速在0.5 m/s条件时具有最大的除湿量。同时,在约70℃较低的脱附温度,8 min可脱附≥90%的总吸附水量,每1 g吸附剂可脱附水量高达145 mg;脱附再生6次后,除湿量依然较高为138 mg/g,且基本不再变化。     

碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能

基于第一性原理深入研究了碱金属原子(Li,Na,K)修饰的多孔石墨烯(PG)体系的储氢性能,并且通过从头算分子动力学模拟了温度对Li-PG吸附的H2分子稳定性的影响.研究结果表明,PG结构的碳环中心是碱金属原子最稳定的吸附位置,PG单胞最多可以吸附4个碱金属原子,Li原子被束缚最强,金属原子间无团聚的倾向;H2分子通过极化机制吸附在碱金属修饰的PG结构上,每个金属原子周围最多可以稳定地吸附3个H2分子;Li-PG对H2分子的吸附最强(平均吸附能为-0.246 eV/H2),Na-PG对H2分子的吸附较弱(平均吸附能为-0.129 eV/H2),K-PG对H2分子的吸附最弱(平均吸附能为-0.056 eV/H2),不适合用做储氢材料;在不考虑外界压强且温度为300 K的情况下,Li-PG结构可稳定地吸附9个H2分子,储氢量为9.25 wt.%;在400 K时,有7个吸附H2分子脱离Li-PG的束缚,在600-700 K的范围内,吸附H2分子全部脱离了Li-PG体系的束缚.     

SO2-4/CeO2-TiO2光催化材料的制备与光谱表征

采用溶胶-凝胶法结合硫酸浸渍法制备了SO2-4/CeO2-TiO2复合氧化物.利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱价带谱(VB-XPS)及荧光光谱(PL)技术对样品的结构、性质进行了表征,以光催化分解水制氢为模型反应,评价了样品的光催化性能.XRD,FTIR结合PL结果表明CeO2与TiO2的复合形成了异质结构,有利于提高光生电子与光生空穴的分离效率,对催化剂活性的提高有促进作用;Py-FTIR谱图证明SO2-4/CeO2-TiO2复合氧化物在表面具有Lewis酸性,Lewis酸性位的产生是由于SO2-4在样品表面的配位吸附所致,S O— 的诱导效应增强了表面金属得电子能力,从而进一步提升光生载流子的分离效率;UV-Vis及XPS价带谱分析说明,半导体氧化物复合能够缩减带隙,拓宽光响应范围,Lewis酸性影响复合氧化物的能带结构,使其导带底位置向负向移动,利于光催化还原能力的提高,进而促进其光催化制氢活性.光催化分解水制氢实验结果表明,SO2-4/CeO2-TiO2复合氧化物具有优于纯氧化物CeO2,TiO2及未经硫酸浸渍的CeO2-TiO2复合氧化物的催化活性,5 h的产氢速率为1934.1μmol·g-1·h-1.光谱分析结果结合光催化制氢活性评价结果表明,SO2-4/CeO2-TiO2复合氧化物的异质结构与酸浸渍是影响样品光催化性能的主要因素.     

低温泵用椰基活性炭材料的选择和比较

为了选择用于核聚变研究领域中在氢、氦气环境下的低温吸附泵所用的吸附剂,在初步筛选基础上,比对了4种椰基活性炭材料。采用扫描电镜对材料微观结构进行了扫描,用比表面积及孔径分析仪测定了等温吸附性能,最终获得了活性炭样本的比表面积、微孔比表面积份额、不同孔径所对应的孔容等性能数据;通过对实验结果的比对分析,为筛选适用于核聚变研究环境下低温吸附泵使用的吸附剂材料,提供了重要的实验数据。     

X射线衍射装置的研制

在X射线衍射仪上安装高温装置或低温装置,可研究材料在不同温度下的各种物理性质.但有些材料的物理性质不仅与温度有关,还与周围气体的性质和压力关系密切.例如目前研究较多的课题贮氢材料,其吸放氢特性不仅与温度有关,而且与材料周围的氢压有关.人们用排气法测定贮氢材料的吸放氢等温曲线,近年来国外有人用X射线研究贮氢材料的释氢过程[1].用X射线研究贮氢材料的上述过程,必须在X射线衍射仪上安装可控制样品温度和样品周围氢气压力的X时线衍射装置.国内目前还没有这种产品.我们自行设计制作了一套衍射装置,安装在国产Y-2A型X射线衍射仪…