制氫儲氫技術

　　主要內(nèi)容氫能是公認的清潔能源，其來源廣、資源豐富，最有希望在未來替代化石能源。本書對國內(nèi)外已有的若干種制氫和儲氫技術進行了詳細的介紹。 全書共11章。第1章介紹了氫氣的一般性質(zhì)；第2～6章分別介紹了電解制氫、化石原料制氫、生物制氫、太陽能制氫等制氫技術；第7～10章分別介紹了物理儲氫、金屬氫化物儲氫、新型碳材料儲氫等儲氫技術；第11章則介紹了氫的應用。 本書可供從事制氫儲氫技術及相關科研、工程技術人員使用。 本書前言能源和環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎，然而當今世界正面臨著能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應等諸多問題，如何實現(xiàn)人類社會、經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)引起國際社會的普遍關注。為了解決這些問題，開發(fā)潔凈新能源和可再生能源迫在眉睫，人類必須在化石能源瀕臨枯竭和生存環(huán)境瀕臨崩潰之前，完成替代能源和相關技術的開發(fā)。因此，開發(fā)新型可再生清潔能源已成為世界各國共同的目標。 氫能是公認的清潔能源，它的來源廣，資源極其豐富，最有希望在未來替代化石能源。然而，要將氫作為能源造福人類還面臨著三大難題：氫大量、廉價的制取；安全方便的儲運；廣泛、經(jīng)濟的應用形式等。因此，國際社會給予了高度重視，學術界開展了廣泛的相關研究。 近年來美國、日本、中國、歐洲經(jīng)濟和貨幣聯(lián)盟（簡稱歐盟）等都制定了氫能發(fā)展規(guī)劃和相應計劃，投入大量經(jīng)費支持氫能開發(fā)和應用示范活動。2003年11月，包括美國、澳大利亞、巴西、加拿大、中國、意大利、英國、冰島、挪威、德國、法國、俄羅斯、日本、韓國、印度、歐盟委員會的代表共同簽署了“氫經(jīng)濟國際合作伙伴計劃（IPHE）”參考條款，目標是建立一種合作機制，有效地組織、評估和協(xié)調(diào)各成員國，為氫能技術研究開發(fā)、示范和商業(yè)化活動提供一個能推動和制定有關國際技術標準與規(guī)范的工作平臺。企業(yè)界對開發(fā)和利用氫能也表現(xiàn)出了極大的熱情，世界著名的能源公司，如Shell、Chevron、Texaco等已把氫能開發(fā)作為公司發(fā)展的重要戰(zhàn)略，并專門成立了子公司，進行氫能的研發(fā)和商業(yè)化。世界各大汽車制造商在氫燃料電池汽車的開發(fā)上也展開了激烈的競爭，通用、福特、豐田、本田、尼桑、克萊斯勒等世界著名汽車生產(chǎn)商都展示了最新研發(fā)的氫燃料電池汽車。我國中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略中，也把氫能列為重點發(fā)展方向之一；國家“863”、“973”和科技攻關計劃中，都包括氫的規(guī)模制備、儲運及相關燃料電池的基礎研究和應用技術研究。 對于這樣一個備受關注、日新月異、發(fā)展迅猛的領域，及時系統(tǒng)地總結其最新研究成果是必要的。在這樣的背景下編寫了此書，希望對讀者有所幫助。其實本書的真正作者是從事該領域研究、做出成果的廣大科技人員。由于編者水平有限，時間倉促，加之氫能技術本身專業(yè)性強、專業(yè)跨度大，有些板塊的內(nèi)容編者也涉入不深，錯漏和疏忽之處難免，懇請讀者見諒。 本書目錄緒論1 氫能在未來能源中的地位2 國內(nèi)外氫能研究計劃3 氫能研究待解決的問題和前景4 第1章氫氣的一般性質(zhì)5 1.1氫的發(fā)現(xiàn)簡史5 1.2原子氫和氫的同位素6 1.3分子氫和氫的成鍵特征7 1.4氫的物理性質(zhì)8 1.5氫的化學性質(zhì)9 1.6氫的化合物10 1.6.1氫化物10 1.6.2配位氫化物13 第2章電解制氫技術16 2.1電解水制氫17 2.1.1電解槽的發(fā)展17 2.1.2電解質(zhì)22 2.1.3電極33 2.1.4降低能耗的技術45 2.1.5電解制氫的前景46 2.2接觸輝光等離子體電解制氫46 2.2.1接觸輝光等離子體電解的特征46 2.2.2接觸輝光等離子體的化學反應機理47 2.2.3接觸輝光等離子體電解制氫48 2.2.4接觸輝光等離子體電解制氫的優(yōu)點49 2.2.5接觸輝光等離子體電解制氫待解決的問題49 參考文獻50 第3章化石原料制氫56 3.1烴類制氫56 3.1.1輕烴蒸汽轉化制氫57 3.1.2烴類分解制氫67 3.1.3輕烴部分氧化制氫69 3.1.4烴類氧化重整制氫69 3.1.5等離子體蒸汽重整70 3.2天然氣制氫71 3.2.1天然氣制氫催化劑71 3.2.2天然氣蒸汽轉化78 3.2.3天然氣部分氧化法制氫82 3.2.4甲烷自熱催化重整84 3.2.5天然氣催化裂解制氫87 3.3煤氣化制氫92 3.3.1地面煤氣化工藝和技術93 3.3.2地下煤氣化技術104 3.3.3煤氣化技術研究新動向107 3.3.4煤氣化技術前景展望113 3.4甲醇制氫114 3.4.1甲醇水蒸氣重整制氫115 3.4.2甲醇部分氧化制氫122 3.4.3甲醇分解制氫124 3.4.4部分氧化蒸汽重整耦合制氫126 3.5氨分解制氫127 3.6硫化氫制氫129 參考文獻135 第4章生物制氫技術141 4.1生物制氫發(fā)展歷程141 4.2能源微生物142 4.3制氫酶149 4.3.1固氮酶149 4.3.2氫酶149 4.4微生物產(chǎn)氫機理150 4.4.1光合細菌放氫和黑暗產(chǎn)氫機制150 4.4.2微藻光生物產(chǎn)氫的基本原理152 4.4.3發(fā)酵產(chǎn)氫機理153 4.4.4其他產(chǎn)氫機理156 4.5生物制氫原料157 4.6生物制氫方法158 4.6.1藻類產(chǎn)氫158 4.6.2發(fā)酵法生物制氫164 4.6.3光合細菌產(chǎn)氫164 4.6.4光合細菌和發(fā)酵細菌的耦合法169 4.6.5酶法制氫171 4.7生物制氫工藝172 4.8生物制氫技術展望172 參考文獻173 第5章太陽能制氫技術178 5.1人類利用太陽能的歷程179 5.2太陽能熱化學裂解水制氫185 5.3太陽能光伏發(fā)電電解水制氫185 5.4太陽能光生物化學制氫185 5.5太陽能光電化學過程制氫技術186 5.5.1光電化學電解法制氫機理188 5.5.2光電催化材料189 5.5.3光催化劑效率的提高和可見光化203 5.5.4前景展望210 參考文獻211 第6章其他制氫技術216 6.1生物質(zhì)制氫216 6.1.1生物質(zhì)熱裂解制氫217 6.1.2生物質(zhì)熱化學氣化制氫219 6.1.3超臨界水生物質(zhì)氣化制氫220 6.1.4超臨界水催化氣化制氫應用前景231 6.2熱化學循環(huán)分解水制氫231 6.2.1熱化學循環(huán)反應232 6.2.2熱源234 6.3乙醇制氫技術235 6.3.1乙醇催化制氫的可能途徑236 6.3.2乙醇催化制氫催化劑237 6.3.3前景展望240 參考文獻240 第7章物理儲氫技術243 7.1高壓壓縮儲氫技術243 7.2地下巖洞儲氫244 7.3深冷液化法245 7.4玻璃微球儲氫技術246 參考文獻247 第8章金屬氫化物儲氫248 8.1儲氫合金的理論基礎248 8.1.1金屬與氫反應的規(guī)律248 8.1.2儲氫合金的特征250 8.1.3實用儲氫合金的要求251 8.1.4儲氫合金熱力學251 8.1.5金屬氫化物的晶體結構253 8.2儲氫合金的種類254 8.2.1稀土系儲氫合金255 8.2.2鈦系儲氫合金264 8.2.3鎂系儲氫合金278 8.2.4鋯系288 8.2.5釩基固溶體型儲氫合金292 8.3儲氫合金的制備方法299 8.3.1機械合金法299 8.3.2感應熔煉法309 8.3.3化學合成法318 8.3.4氫化燃燒法321 8.4儲氫合金的改性與提高方法325 8.4.1表面化學處理326 8.4.2表面鍍膜處理331 8.4.3熱處理方法336 8.4.4納米化337 8.4.5非化學計量比化340 8.4.6非晶化341 8.4.7薄膜化342 參考文獻343 第9章新型碳材料儲氫技術356 9.1活性炭儲氫356 9.1.1活性炭的制備原料357 9.1.2活性炭的結構特征358 9.1.3活性炭活化方法359 9.1.4活性炭活化工藝371 9.1.5活性炭的儲氫性能研究373 9.2活性碳纖維儲氫375 9.3納米碳纖維儲氫377 9.4C60富勒烯儲氫技術379 9.4.1C60的結構和性質(zhì)379 9.4.2C60富勒烯的制備380 9.4.3C60/C70富勒烯的分離純化技術381 9.4.4富勒烯的儲氫性能383 9.5納米碳管儲氫技術383 9.5.1納米碳管的結構383 9.5.2納米碳管的制備方法384 9.5.3納米碳管的純化388 9.5.4納米碳管的儲氫性能389 9.5.5儲氫機理和儲氫模擬研究394 參考文獻399 第10章其他儲氫技術406 10.1有機液體儲氫406 10.1.1有機液體儲氫的反應體系及特征406 10.1.2有機液體儲氫的實現(xiàn)407 10.1.3有機液體儲氫技術展望416 10.2無機物儲氫416 10.2.1碳酸氫鹽與甲酸鹽儲氫416 10.2.2硼氫化鈉儲氫417 10.2.3絡合氫化物儲氫426 參考文獻427 第11章氫的應用432 11.1氫作為能源432 11.1.1氫氧火箭發(fā)動機432 11.1.2航空、船舶燃氣輪機433 11.2氫燃料電池434 11.2.1燃料電池的發(fā)展434 11.2.2燃料電池的特點435 11.2.3燃料電池的分類436 11.3氫作為化工原料466 11.4氫作為還原性/保護性氣體467 11.5氫的其他用途469 參考文獻470

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