制氫儲(chǔ)氫技術(shù)

　　主要內(nèi)容氫能是公認(rèn)的清潔能源，其來(lái)源廣、資源豐富，最有希望在未來(lái)替代化石能源。本書對(duì)國(guó)內(nèi)外已有的若干種制氫和儲(chǔ)氫技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)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(yáng)能制氫等制氫技術(shù)；第7～10章分別介紹了物理儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫、新型碳材料儲(chǔ)氫等儲(chǔ)氫技術(shù)；第11章則介紹了氫的應(yīng)用。 本書可供從事制氫儲(chǔ)氫技術(shù)及相關(guān)科研、工程技術(shù)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(chǔ)，然而當(dāng)今世界正面臨著能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等諸多問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)引起國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注。為了解決這些問(wèn)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(guān)技術(shù)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(guó)共同的目標(biāo)。 氫能是公認(rèn)的清潔能源，它的來(lái)源廣，資源極其豐富，最有希望在未來(lái)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(jià)的制取；安全方便的儲(chǔ)運(yùn)；廣泛、經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用形式等。因此，國(guó)際社會(huì)給予了高度重視，學(xué)術(shù)界開展了廣泛的相關(guān)研究。 近年來(lái)美國(guó)、日本、中國(guó)、歐洲經(jīng)濟(jì)和貨幣聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱歐盟）等都制定了氫能發(fā)展規(guī)劃和相應(yīng)計(jì)劃，投入大量經(jīng)費(fèi)支持氫能開發(fā)和應(yīng)用示范活動(dòng)。2003年11月，包括美國(guó)、澳大利亞、巴西、加拿大、中國(guó)、意大利、英國(guó)、冰島、挪威、德國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)、印度、歐盟委員會(huì)的代表共同簽署了“氫經(jīng)濟(jì)國(guó)際合作伙伴計(jì)劃（IPHE）”參考條款，目標(biāo)是建立一種合作機(jī)制，有效地組織、評(píng)估和協(xié)調(diào)各成員國(guó)，為氫能技術(shù)研究開發(fā)、示范和商業(yè)化活動(dòng)提供一個(gè)能推動(dòng)和制定有關(guān)國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的工作平臺(tái)。企業(yè)界對(duì)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(jìn)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(jìng)爭(zhēng)，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(guó)中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略中，也把氫能列為重點(diǎn)發(fā)展方向之一；國(guó)家“863”、“973”和科技攻關(guān)計(jì)劃中，都包括氫的規(guī)模制備、儲(chǔ)運(yùn)及相關(guān)燃料電池的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研究。 對(duì)于這樣一個(gè)備受關(guān)注、日新月異、發(fā)展迅猛的領(lǐng)域，及時(shí)系統(tǒng)地總結(jié)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(duì)讀者有所幫助。其實(shí)本書的真正作者是從事該領(lǐng)域研究、做出成果的廣大科技人員。由于編者水平有限，時(shí)間倉(cāng)促，加之氫能技術(shù)本身專業(yè)性強(qiáng)、專業(yè)跨度大，有些板塊的內(nèi)容編者也涉入不深，錯(cuò)漏和疏忽之處難免，懇請(qǐng)讀者見(jiàn)諒。 本書目錄緒論1 氫能在未來(lái)能源中的地位2 國(guó)內(nèi)外氫能研究計(jì)劃3 氫能研究待解決的問(wèn)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(jiǎn)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(xué)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(shù)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(shù)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(xué)反應(yīng)機(jī)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(diǎn)49 2.2.5接觸輝光等離子體電解制氫待解決的問(wèn)題49 參考文獻(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)93 3.3.2地下煤氣化技術(shù)104 3.3.3煤氣化技術(shù)研究新動(dòng)向107 3.3.4煤氣化技術(shù)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(xiàn)135 第4章生物制氫技術(shù)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(jī)理150 4.4.1光合細(xì)菌放氫和黑暗產(chǎn)氫機(jī)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(jī)理153 4.4.4其他產(chǎn)氫機(jī)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(xì)菌產(chǎn)氫164 4.6.4光合細(xì)菌和發(fā)酵細(xì)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(shù)展望172 參考文獻(xiàn)173 第5章太陽(yáng)能制氫技術(shù)178 5.1人類利用太陽(yáng)能的歷程179 5.2太陽(yáng)能熱化學(xué)裂解水制氫185 5.3太陽(yáng)能光伏發(fā)電電解水制氫185 5.4太陽(yáng)能光生物化學(xué)制氫185 5.5太陽(yáng)能光電化學(xué)過(guò)程制氫技術(shù)186 5.5.1光電化學(xué)電解法制氫機(jī)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(jiàn)光化203 5.5.4前景展望210 參考文獻(xiàn)211 第6章其他制氫技術(shù)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(xué)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(yīng)用前景231 6.2熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫231 6.2.1熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)232 6.2.2熱源234 6.3乙醇制氫技術(shù)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(xiàn)240 第7章物理儲(chǔ)氫技術(shù)243 7.1高壓壓縮儲(chǔ)氫技術(shù)243 7.2地下巖洞儲(chǔ)氫244 7.3深冷液化法245 7.4玻璃微球儲(chǔ)氫技術(shù)246 參考文獻(xiàn)247 第8章金屬氫化物儲(chǔ)氫248 8.1儲(chǔ)氫合金的理論基礎(chǔ)248 8.1.1金屬與氫反應(yīng)的規(guī)律248 8.1.2儲(chǔ)氫合金的特征250 8.1.3實(shí)用儲(chǔ)氫合金的要求251 8.1.4儲(chǔ)氫合金熱力學(xué)251 8.1.5金屬氫化物的晶體結(jié)構(gòu)253 8.2儲(chǔ)氫合金的種類254 8.2.1稀土系儲(chǔ)氫合金255 8.2.2鈦系儲(chǔ)氫合金264 8.2.3鎂系儲(chǔ)氫合金278 8.2.4鋯系288 8.2.5釩基固溶體型儲(chǔ)氫合金292 8.3儲(chǔ)氫合金的制備方法299 8.3.1機(jī)械合金法299 8.3.2感應(yīng)熔煉法309 8.3.3化學(xué)合成法318 8.3.4氫化燃燒法321 8.4儲(chǔ)氫合金的改性與提高方法325 8.4.1表面化學(xué)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(xué)計(jì)量比化340 8.4.6非晶化341 8.4.7薄膜化342 參考文獻(xiàn)343 第9章新型碳材料儲(chǔ)氫技術(shù)356 9.1活性炭?jī)?chǔ)氫356 9.1.1活性炭的制備原料357 9.1.2活性炭的結(jié)構(gòu)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(chǔ)氫性能研究373 9.2活性碳纖維儲(chǔ)氫375 9.3納米碳纖維儲(chǔ)氫377 9.4C60富勒烯儲(chǔ)氫技術(shù)379 9.4.1C60的結(jié)構(gòu)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(shù)381 9.4.4富勒烯的儲(chǔ)氫性能383 9.5納米碳管儲(chǔ)氫技術(shù)383 9.5.1納米碳管的結(jié)構(gòu)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(chǔ)氫性能389 9.5.5儲(chǔ)氫機(jī)理和儲(chǔ)氫模擬研究394 參考文獻(xiàn)399 第10章其他儲(chǔ)氫技術(shù)406 10.1有機(jī)液體儲(chǔ)氫406 10.1.1有機(jī)液體儲(chǔ)氫的反應(yīng)體系及特征406 10.1.2有機(jī)液體儲(chǔ)氫的實(shí)現(xiàn)407 10.1.3有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)展望416 10.2無(wú)機(jī)物儲(chǔ)氫416 10.2.1碳酸氫鹽與甲酸鹽儲(chǔ)氫416 10.2.2硼氫化鈉儲(chǔ)氫417 10.2.3絡(luò)合氫化物儲(chǔ)氫426 參考文獻(xiàn)427 第11章氫的應(yīng)用432 11.1氫作為能源432 11.1.1氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)432 11.1.2航空、船舶燃?xì)廨啓C(jī)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(diǎn)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(hù)性氣體467 11.5氫的其他用途469 參考文獻(xiàn)470

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