基于人类生存发展对能源的依赖性与传统化石能源的不可再生性,寻求替代能源迫在眉睫。生物质能来源广泛且成本低;氢能源清洁环保、能量密度高、可利用形式广泛,二者成为各国能源发展的重点对象。然而生物质的低能量密度,制氢行业的高成本,使其不能得到充分利用。本文提出的水热碳化生物质与电解制氢联合循环技术,通过Fe³⁺/Fe²⁺循环转化,将水热碳化过程与电解制氢过程结合。首先引入Fe³⁺这一氧化剂加速生物质水热反应进程,使得该反应温度由常规的200℃以上降低到140℃左右。绝大部分Fe³⁺被还原为Fe²⁺。其次为电解制氢过程。生物质水热反应后的溶液富含Fe²⁺,可作为正极电解液。负极电解液为硫酸溶液或者盐溶液。由此将电解水转变为电解Fe²⁺和H⁺的过程,将电解电压由2V左右降低到1V左右以降低电能的消耗。电解完成后,Fe²⁺被氧化为Fe³⁺,可进入水热碳化反应过程进一步氧化未完全反应的生物质,由此形成循环。该反应可低能耗地同时获得高品质生物质和高纯氢气。本文通过研究影响产氢速率的水热反应时间、温度、生物质浓度等关键因素,以期寻求最佳反应条件。实验表明,产氢效率和产氢量随着水热反应温度的升高而升高,但增长趋势逐步变缓,故120℃为最佳反应温度;产氢量随水热反应时间的增长而线性增长,但该过程为循环过程,可以多次利用生物质水热反应产生Fe²⁺制备氢气,考虑产氢速率,2小时为合理的反应时间;电解电流随生物质浓度增加呈现先增大后减小的趋势,最佳的生物质浓度为20g/L。在上述条件下可以取得110 mA·cm^-2的初始电流密度,为最佳反应条件。根据电解电量计算,每千克干生物质可产氢气约164升。为推测水热碳化的反应机理,对生物质反应前后的样品进行技术分析。通过扫描电子显微镜检测,发现生物质水热反应后边缘钝化明显,出现球状水热碳结构;元素分析结果表明水热反应可以提高生物质的含碳量;红外谱图则发现水热反应后生物质中碳-氧键吸收峰的消失。推测水热反应机理如下:Fe³⁺与生物质发生氧化还原反应生成用于电解的Fe²⁺,而生物质则发生逐层裂解,生成小分子有机物用于进一步聚合生成高品质的水热碳。且水热反应是一个由表及里逐步发生的过程。水热碳化生物质与电解制氢联合循环技术,通过引入Fe³⁺/Fe²⁺这一氧化还原电对,既提高了生物质品质,又降低了制氢的成本,具有一定的应用前景。