基于MgH2水解反应的氢源系统关键技术研究

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氢化态镁基复合物与水在低温条件下反应制氢,充分发挥了镁的大容量储氢功能,并使水中部分氢原子以氢气的形式放出,理论储氢量可达15.31wt%(水循环利用)。本文以关键技术MgH2的水解制氢和氢源系统装置为研究对象,研究了在不同助剂、不同pH值、不同压强条件下MgH2的水解反应性能和对基于MgH2水解反应的氢源系统进行了设计,并对设计制造的氢源系统进行性能初试。本文采用充氢球磨的方法制备氢化态Mg-Mn复合物,采用自制的装置测试其水解反应性能,对不同条件下其水解性能的基本规律进行分析,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对其反应产物形貌进行分析与表征。研究结果表明:磷酸盐类的助剂对提高MgH2水解反应的放氢速率有显著作用,其反应产物形貌粒径较小,有大量细片状组织存在,这种形貌有利于MgH2水解反应的进行。溶液pH值的变化无助于MgH2水解反应性能的改善,随着pH值的增大其反应程度逐渐降低;反应产物的SEM结果表明:随着pH值的增大,产物中的团聚现象也越明显,这种现象进一步佐证了上述结论。改变MgH2水解反应的压强条件时,随着压强值的增大,其最终反应程度有降低的趋势,在压强值较小时降低不明显,后期实验中,氢气分压最好控制在8.361kgf/cm2以下;从反应产物的SEM和XRD结果中也可以看出反应产物颗粒大多呈不规则的片状多边形,晶粒尺寸在10.7-20.8nm之间,晶粒为纳米级并且变化不大。在对改变溶液pH值和反应压强条件的水解反应机理研究中,可以发现:区域Avrami指数n值基本都表现出随反应的进行先上升后下降的趋势。由此可以预测:在反应初期都有Mg(OH)2晶核的沉淀析出,之后晶核进一步长大。自行设计的氢源系统包括反应容器、反应容器加热套、储罐、过渡筒和辅助设备控制箱、真空泵、空气压缩机、氢气增压机等。对安装调试好的氢源系统进行MgH2水解反应的探索性试验研究,结果表明:在前7.5min内的反应速率为最大,7.5min-20min内反应进行缓慢,20min之后水解曲线进入平台,反应基本完成,并且连续的加料方式可以改善后期的水解反应程度。
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