导电炭黑和热处理对Al-Bi复合材料产氢性能的影响

采用机械球磨法制备Al-Bi-CB复合材料,研究了导电炭黑和热处理对Al-Bi复合材料产氢性能的影响,用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了复合材料的组织形貌和物相结构。实验结果表明,当导电炭黑含量为5%时,复合材料的产氢性能最佳。在30℃时,1 g Al-3%Bi-5%CB复合材料5 min产生865 mL氢气,最大产氢速率达到107.15 mL·s^(-1)。导电炭黑细化铝粉体颗粒、提高Al-Bi复合材料的导电性以及与水接触时导电炭黑能迅速从复合材料表面剥落是其提高Al-Bi复合材料产氢量和产氢速率的主要原因。球磨Al-Bi-CB粉体材料经热处理后,在30 min内,1 g Al-3%Bi-1%CB材料的最大产氢量从220 mL增至840 mL,热处理后嵌入Al中的Bi重新熔化与再结晶而覆盖在Al表面形成活性位点是提高复合材料产氢性能的主要原因。

大比表面积介孔g-C_(3)N_(4)材料的制备及其产氢性能

为获得大比表面积和优异产氢性能的石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),将单氰胺和甲醛溶液溶入二氧化硅(SiO_(2))溶胶,形成单氰胺、甲醛和SiO_(2)凝胶组成的杂化前驱体,并将该杂化前驱体在通气条件下煅烧以制备介孔g-C_(3)N_(4)(命名为VCN),在密闭条件下煅烧以制备介孔g-C_(3)N_(4)(命名为ACN);利用透射电镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱等对介孔g-C_(3)N_(4)的形貌、晶体结构等进行表征,通过荧光光谱和气相色谱仪等分析介孔g-C_(3)N_(4)的产氢性能。结果表明:VCN在获得大比表面积(约312 m^(2)/g)的同时,拓宽了光吸收范围(约760 nm),提高了光致电子-空穴对分离效率。加入40 mg甲醛的VCN(VCN-40)具有最佳的产氢速率,为2826μmol/(h·g),比通气条件下未加入甲醛的g-C_(3)N_(4)(VCN-0)提高了1.8倍。研究结果为开发高产氢效率g-C_(3)N_(4)基复合催化剂提供了有益参考。

MoS_2/石墨烯复合阴极材料的制备及微生物电解池催化产氢性能

采用水热法合成了一系列MoS_2/石墨烯(Gr)复合物,并制成碳基复合电极.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、线性扫描伏安法等手段对材料进行表征,研究了MoS_2/Gr电极作为微生物电解池(MEC)阴极的产氢性能.结果表明,MoS_2/Gr复合材料呈现三维层状结构,且负载在石墨烯上的MoS_2为无定形MoS_2.(NH_4)_2MoS_4和氧化石墨烯的最佳原料配比为1∶1,当滴涂量为1.5mg/cm^2时,电极的析氢催化能力最强.在MEC产氢实验中,MoS_2/Gr阴极MEC的平均产氢电流密度、产氢率、库仑效率、氢气回收率和阴极氢气回收率分别为(9.96±0.65)A/m^2,(0.424±0.041)m^3H_2/(m^3·d),(89.11±5.87)%,(70.47±6.78)%和(78.86±2.49)%,均高于Pt/C阴极MEC;其能量回收率也与后者相媲美.另外,MoS_2/Gr具有良好的长期稳定性,且价格便宜,适于实际应用.

蜡状芽孢杆菌的筛选及其产氢性能

为了研究纯菌种对产氢的影响,从污水厂活性污泥中分离了纯的产氢菌种XN12,根据16S rDNA序列和DnaJ基因序列、细胞形态、生理生化数据等多项鉴定分析,该菌种被鉴定为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus).为了研究该纯菌的产氢性能,实验以葡萄糖为底物,在不同pH值条件下观察其产气情况.实验结果表明:以每摩尔葡萄糖计,该菌在中性条件下获得最大产氢量为1.6 mol.对反应的液相产物的检验结果表明:该菌为丁酸发酵菌,通过丙酮酸代谢途径产出氢气.

Zn含量对Al-Ga-In-Sn-Zn合金产氢性能的影响

用熔融-铸造合金法制备Al-Ga-In-Sn四元与Al-Ga-In-Sn-Zn五元产氢铝合金.研究了用Zn替代部分Ga掺杂及温度对铝合金产氢性能的影响,并通过XRD和SEM分析铝合金的相组成与微观组织.结果表明:随着Zn含量的增加,合金的产氢速率呈现先增大后减小的变化.在Zn的含量达到5%时合金的产氢性能最好,产氢率可达98%.温度对不同样品的影响主要体现在产氢速率与产氢量.合金相和周边铝基体之间的电化学腐蚀促进了合金的水解,反应从合金相周围开始向外扩展.

Cu_2O/Bi_2WO_6/GR光催化剂制备及其产氢性能

采用水热法、化学沉淀法分别制备了Bi_2WO_6、Cu_2O光催化剂,并将二者与石墨烯复合制备了Cu_2O/Bi_2WO_6/GR复合光催化剂,通过XRD进行了结构表征。以丙酸为牺牲剂,考察了n(Bi_2WO_6)∶n(Cu_2O)值、石墨烯(GR)掺杂量、丙酸用量对复合光催化剂光催化产氢性能的影响。结果表明:当复合催化剂中n(Bi_2WO_6)∶n(Cu_2O)=1∶1.3、石墨烯的掺杂量为7%、丙酸用量为4 mL时产氢性能最好。该研究结果可为利用废水中有机酸光催化制取氢气提供理论指导。

红磷-TiO_2复合光催化剂的制备及其光催化产氢性能

采用机械混合法制备了红磷-Ti O_2(P-Ti O_2)复合光催化剂,并对催化剂进行了X射线衍射、紫外-可见光漫反射、透射电子显微镜表征。以甲醇为牺牲试剂,铂为助催化剂,在可见光辐照下对P-Ti O_2复合光催化剂进行了光催化分解水产氢性能测试,并提出了红磷和Ti O_2可能的作用机理。研究结果表明:红磷和Ti O_2复合后,光催化剂的产氢性能显著提高,当P-Ti O_2中Ti O_2的质量分数为5%时,光催化剂的产氢性能最高,产氢速率可达到52.6μmol/(h·g),为纯红磷样品的2.54倍;红磷和Ti O_2复合后在其接触面上形成了p-n结,并通过p-n结实现了光生电子从红磷到Ti O_2的传递,从而与Pt发生还原反应产生氢气。

废旧金属网阴极微生物电解池产氢性能及阳极微生物群落结构分析

为寻找质优价廉的析氢催化剂,本研究以废旧金属网为单室微生物电解池(MEC)阴极,在不同外加电压下考察其制氢性能.同时利用16S r DNA扩增测序技术分析原接种污泥、MFC和MEC阳极微生物的菌落特点.实验结果表明,随着外加电压的增大,MEC产生的最大电流密度和周期运行时间分别呈现增大和缩短的趋势.外加0.7 V电压时,废旧金属网阴极MEC的氢气产率和电能回收率分别达到0.330±0.012 m^3H2·m^-3·d^-1和177.0±5.6%,远高于0.5 V时的数值,与0.9 V时相差不大.废旧金属网阴极MEC的产氢能力可以和Pt/C阴极MEC相媲美,且具有良好的运行稳定性.16S r DNA扩增测序结果显示培养环境对微生物的富集与淘汰有很大影响.在外加电场环境中MEC阳极的优势菌落地杆菌属(Geobacter)得到很大程度富集,相对丰度高达79.4%以上.

Mg添加对Al-Ga-In-Sn合金水解产氢性能的影响

研究了不同含量的Mg对Al-3Ga-3In-3Sn铸态铝合金水解产氢性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了铝合金的显微组织和物相结构。结果表明:Mg添加导致铝合金析出Mg_(2) Sn新相,Al晶粒得到明显细化,由柱状变为棒状或粒状,Al晶界相由带状转变为花瓣状,同时铝合金表面分布大量裂纹缺陷。Mg含量为0.5%时铝合金的产氢性能最好,1 g的Al-3Ga-3In-3Sn-0.5Mg铝合金在温度为80℃条件下反应30 min,最大产氢量1300 mL、产氢速率达217 mL/(min·g),产氢转化率可达95.7%;当含Mg量低于2%时,Al晶粒周围低熔点晶界相和Mg_(2) Sn与Al形成原电池是铝合金提高产氢性能的主要因素;Mg含量超过2%后,产氢速率下降主要是由于随着Mg含量增加,铝合金的晶界相形态发生改变,与水接触面积减少,降低了其水解反应活性所致。

基于响应面法的玉米秸秆稀酸水解条件对菌株YA001产氢性能的影响

木质纤维素原料的暗发酵是一种极具前景的制氢方法,而木质纤维素原料的不同预处理方式会直接影响其性能.低成本高效率的木质纤维素预处理方法对大规模生物制氢具有重要意义.采用响应面法(RSM)对玉米秸秆稀酸水解的关键参数进行了研究.在0.61 wt%HCl、129.85℃、水解次数3次、反应时间30 min、固/液比10%(w/v)的条件下,拜氏梭菌YA001获得了最大的产氢量(149.52 mL/g-TVS)和还原糖产量(581.7 mg/g-TVS).显微镜射线衍射分析证实,稀HCl能有效破坏纤维素的水凝胶键网络.

产氢菌XY-18在低温条件下的产氢性能研究

利用间歇实验对产氢菌XY-18和产氢菌XY-72进行了产氢性能相关实验,比较了两者的产气量、产氢量、细胞干重、pH值和葡萄糖利用率等指标.研究结果表明:在温度为20℃的条件下,产氢菌XY-18累计产气量为4333 mL∙L^(-1),累计产氢量为3946 mL∙L^(-1),细胞干重为1.53 g∙L^(-1),最佳产氢pH值范围为4.5~4.9,葡萄糖利用率为96%.结合对产氢量、细胞干重量和pH值等参数的综合分析发现,产氢菌XY-18是一株能够在低温条件下具有较好产氢能力的厌氧产氢菌.

Pt NPs增强ZnO@ZnS核-壳异质纳米棒光催化产氢性能研究

采用原位光沉积方法将铂纳米颗粒(Pt NPs)负载在核-壳异质纳米棒ZnO@ZnS表面,制备出ZnO@ZnS/Pt复合光催化剂。调控Pt NPs在ZnO@ZnS表面的负载量,探究了不同质量的Pt NPs对光催化产氢气性能的影响。结果表明,当贵金属Pt的负载量为2%(ZnO@ZnS/Pt-2)时,复合光催化产H_(2)性能最好,产氢速率为4.52 mmol/(g·h),是ZnO@ZnS的1.8倍,催化剂表现出优异的催化稳定性。在此复合材料中,贵金属Pt纳米颗粒作为助催化剂,Pt对H~+具有较低的吸附能,优先吸附H~+,光生电子转移到Pt纳米粒子表面,H^(+)在其表面得到光生电子,被还原为氢气,成功地抑制了光生电子和空穴的复合,有效地提升了催化剂的催化性能。

甲醇水蒸汽重整制氢装置及系统研究进展

氢能具有高热值、无污染的特性,是21世纪新兴发展能源之一,规模化消纳转化可再生能源新思路“液态阳光”的提出,使甲醇重整制氢能源供应体系受到广泛关注。甲醇水蒸汽重整制氢工艺因反应温度温和、产物中氢气浓度高而成为最具有商用前途的制氢方式之一。甲醇水蒸汽重整反应为吸热反应,不同供热方案形成了多样化制氢技术。该文以甲醇水蒸汽重整制氢所需热量来源为牵引,综述自热型甲醇水蒸汽重整制氢技术、光热转换甲醇水蒸汽重整制氢技术和余热利用型甲醇水蒸汽重整制氢技术的最新研究进展,总结并对比不同技术路线中重整反应器结构、系统设计方案及制氢性能。最后,对3种甲醇水蒸汽重整制氢技术的发展趋势及应用前景进行展望。

氮掺杂碳点/富氮类石墨型氮化碳复合光催化剂的制备及产氢性能研究

通过自下而上的方法,以g-C_(3)N_(5)为基质、柠檬酸为前驱体,制备了氮掺杂碳点(N-CDs)掺杂g-C_(3)N_(5)复合光催化剂.通过X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、N2吸附-脱附等温线、紫外-可见光漫反射光谱及荧光光谱等对材料的组成、表面形貌和化学性能进行表征,以光分解水产氢实验研究了材料的光催化产氢性能.研究结果表明:0.125%N-CDs/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂具有较多的活性位点,促进了光催化反应的电子传递过程,从而提高了材料的光催化产氢性能;N-CDs的掺杂提高了太阳光利用效率的同时进一步将电子-空穴对的高复合率降低,从而使光催化活性提高;在模拟可见光的光照射下,0.125%N-CDs/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂的产氢量是g-C_(3)N_(5)的3.5倍.

一株高效产氢产酸细菌的鉴定与产氢特性

采用各种厌氧培养技术分离出90余株产氢细菌,并对其中的Rennanqilyf3进行了研究.通过16S rDNA碱基测序和比对证实,该菌株是目前尚未报道过的1个新菌种,并初步确定其细菌学上的分类地位.在培养基中分别配置不同的葡萄糖浓度和不同pH值,于间歇试验条件下测定其产气量和细菌生长情况.结果表明,菌株Rennanqilyf3在葡萄糖浓度为,15.0g/L时具有最大的细胞生长量0.46g/L,12.0g/L时具有最大产氢量58.6mmol/L;其最佳生长和产氢的pH值为5.5左右.

一株高效产氢突变体RF-9的筛选与产氢特性

以从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)内的活性污泥中分离出的厌氧产氢菌Ethanologenens sp.ZGX4为出发菌株,经过紫外线和亚硝酸复合诱变,从大量的突变体中筛选出一株稳定的高效产氢菌株RF-9.磷酸盐浓度在120mmol/L、温度37℃、初始pH6.0、葡萄糖浓度10g/L培养条件下,RF-9的单位体积产氢量和氢气产率为139.7mmol/L和2.52mol H2/mol葡萄糖,分别是对照的1.50倍和1.43倍.在发酵时间为15h、pH4.1、细胞干重0.722g/L时,RF-9获得其最大产氢速率345mLH2/(h·L),是对照ZGX4的1.41倍.RF-9的主要液相末端产物为乙醇和乙酸,为典型的乙醇发酵细菌,与对照相似.

发酵液中总碳与总氮对产氢菌释氢行为的影响

利用间歇试验研究了碳氮比对发酵产氢细菌B49产氢性能的影响.结果显示氮源在发酵液中的含量对B49的产氢能力和生长动态有着显著的影响.最佳的B49生长和产氢能力碳氮体积比V(C)∶V(N)为3∶1,发酵产氢代谢产物以乙醇和乙酸为主,当V(C)∶V(N)值设定在2.5左右时,葡萄糖利用率最高,基本趋势是随着总有机氮量的增加,终pH值逐步下降.

产氢菌的分离鉴定及其产氢特性研究

从河底污泥中分离到一株产氢菌,通过16SrDNA序列和系统发育分析,鉴定为克雷伯氏菌属,命名为Klebsiella sp.HQ-3。运用单因子试验考察了摇瓶发酵培养基中碳源、氮源、无机盐等因素对克雷伯氏菌HQ-3发酵产氢的影响,并对其产氢特性做了初步研究。结果表明,克雷伯氏HQ-3在葡萄糖浓度为24g/L,蛋白胨为18g/L,KH2PO4为8g/L时具有较高产氢量,其最佳产氢初始pH为8.0左右。

NH2-UIO-66负载RuCuMo纳米催化剂的制备及其催化产氢

采用锆盐和2-氨基对苯二甲酸以溶剂热法成功制备了氨基化的金属有机骨架化合物NH2-UIO-66,并利用浸渍还原法成功负载RuCuMo纳米粒子,制备了RuCuMo@NH2-UIO-66催化剂。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电镜(SEM)等技术对NH2-UIO-66、RuCuMo@NH2-UIO-66的结构、形貌、组成和比表面积进行了表征,并对载体、多金属负载型催化剂以及无载体的RuCuMo纳米粒子的产氢性能进行了分析。结果显示,Ru1Cu2Mo0.5@NH2-UIO-66催化剂的催化活性最高,引入Cu和Mo能显著增强Ru对氨硼烷水解产氢的催化活性。这主要归因于RuCuMo纳米粒子之间强的协同作用,RuCuMo纳米粒子与载体NH2-UIO-66间的双功能效应,以及MOFs上氨基的锚锭作用,可以阻止金属粒子的团聚,促进超细粒子的形成。催化反应的活化能(Ea)为30.1 kJ mol 1,转化频率(TOF)为180.83 molH2 mol R1u min 1,非贵金属Cu和Mo的引入为催化活性的提高和工业应用提供了重要的研究价值。

类金属WO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的构造及其优异的光催化性能

随着化石燃料快速消耗和环境污染日益严峻,高效光催化产氢技术作为最有前景的绿色能源技术之一而备受关注.作为典型的2D纳米片,g-C_(3)N_(4)具有很多适合应用在光催化领域的特性,如可见光效应、大比表面积和环境友好等,但单一g-C_(3)N_(4)的载流子复合率高,光催化性能不佳.研究者尝试负载贵金属(如Pt,Ag,Au等),利用贵金属功函数较高,可以快速捕获g-C_(3)N_(4)表面的光生电子,从而有效抑制光生载流子的复合;但其成本较高,限制了该技术的产业化.目前类金属材料(MoO_(2),NbO_(2),WO_(2)等)不仅表现出类似贵金属的特性,且价格低廉,有望替代贵金属.因此,引入类金属助催化剂是实现高载流子浓度和宽光谱照射下强光子吸收的好方法.本文设计并制备了类金属WO_(2)/g-C_(3)N_(4)纳米复合物,其表现出了较好的光催化性能:在可见光照射2h,4 wt%WO_(2)/g-C_(3)N_(4)的光催化降解效率高达96%;同时,4 wt%WO_(2)/g-C_(3)N_(4)/Pt产氢效率高达2436.9μmolg^(-1)h^(-1),是未改性样品3 wt%Pt/g-C_(3)N_(4)的2.55倍和非贵金属样品WO_(2)/g-C_(3)N_(4)的6.18倍,且表现出很好的循环稳定性.紫外可见漫反射光谱和态密度计算结果表明,WO_(2)具有非常窄的带隙,可吸收200-800 nm的宽范围可见光.实验测试和理论计算结果表明,WO_(2)因带隙较窄而表现出类金属特性,即在WO_(2)/g-C_(3)N_(4)界面,WO_(2)快速捕获电子,从而抑制光生载流子的复合.类金属WO_(2)因具有较低的功函数而表现出比贵金属Pt低的捕获光生电子活性.综上,本文为合理设计助催化剂/半导体,实现高效的光催化性能提供了新视角.