硫碘制氢中碘化氢分解的化学模拟及实验研究

对热化学硫碘制氢中的碘化氢分解反应进行了化学热力学、动力学模拟以及实验研究,同时利用热力学的方法研究了氢气选择性膜对碘化氢分解率的影响。化学热力学模拟中,500℃下,HI的分解率只达到22.8%。但利用膜分离只移走氢气和同时移走氢气和碘蒸气的情况下,分解率分别增长了30.3%和54.8%。化学动力学模拟中,随温度的升高,HI浓度降低曲线呈现一定的线形规律,该分解反应对温度的敏感性较高。通过实验结果和动力学模拟结果的对比,该动力学模型能较好地描述HI分解的化学反应历程。

单质碘制备碘化氢的机理初探

通过实验,提出了由单质碘制备碘化氢的反应机理,过程中同时存在主反应(碘化氢制取)和副反应(变换反应)两个竞争反应,三价铑羰基络合物受水亲核攻击产生的氢迅速与络合的碘作用生成碘化氢,只有在可络合的碘消耗殆尽时,副反应才进一步进行。

非氧化性酸处理活性炭催化分解碘化氢的实验研究

将煤质活性炭应用于碘化氢(HI)催化分解,分别采用HCL和HF对其进行非氧化性酸处理改性,考察其HI分解活性,研究活性炭的物化性质与其催化活性关系。活性炭原样已是良好的HI分解催化剂,HI分解率随温度的上升而提高。经过非氧化性酸处理改性后,活性炭的催化活性明显提高。非氧化性酸处理可去除活性炭中绝大部分的碱金属、Al2O3及Si O2等杂质。活性炭表面含氧官能团含量变化不明显。HI分解率随碳含量的上升而提高。活性炭中微晶平面缺陷位和边缘碳原子可能是活性炭催化分解HI的活性位。

Y型沸石及改性催化剂对碘化氢催化分解的研究

对热化学硫碘制氢中碘化氢催化分解反应进行实验研究。反应在固定床上进行，温度范围300—500℃。实验采用沸石作为催化剂，对4种不同的Y型沸石（HYI、HYII、USY、NaY）原样以及Ni改性后的NaY型沸石做了BET、XRD以及活性评价实验。实验结果显示，所有催化剂的催化活性均随温度的升高而提高。NaY型沸石随Ni负载量的加大，催化活性先提高后下降，在5％时达到最大值，说明活性组分Ni在NaY型沸石上的阈值在3％-7％。在此负载量下，500℃的分解率为20．2％，接近热力学平衡分解率22．9％。

硫碘制氢碘化氢分解和硫酸浓缩的模拟及优化

利用流程模拟软件Aspen Plus对热化学硫碘闭路循环制氢系统中的碘化氢分解部分和硫酸浓缩部分进行设计和模拟,考察温度和压力变化对碘化氢均相分解率的影响,对比文献中的数据,计算碘化氢分解率对整个系统效率的影响,同时考察加压精馏、常压精馏、闪蒸3种不同浓缩方式对硫酸浓缩/分解部分能量平衡的影响。结果表明:碘化氢分解率对整个硫碘循环系统的效率有一定影响;比较3种浓缩方式,加压精馏所需热量最少,闪蒸浓缩所需热量最多;常压精馏浓缩时所需热量与加压精馏差异不大,但常压精馏在实际应用上更具可行性。

碘化氢分解用Pt/活性碳催化剂制备与表征

为了提高碘化氢的分解效率,采用化学镀法制备了系列活性碳(记为AC)负载铂催化剂,利用XRD、BET、ICP和TEM等分析技术对不同铂负载量催化剂的结构、比表面积、组成和金属铂颗粒的大小进行了表征。在固定床反应装置上考察了催化剂的碘化氢分解催化活性,研究了铂负载量和反应温度对催化剂活性的影响。研究结果表明,采用化学镀法成功实现了纳米金属铂粒子在活性碳表面的负载,当负载量为5%时,催化剂的活性最好,500℃时,碘化氢的转化率可达21.4%,接近该条件下的平衡转化率(约23%)。

碘化氢分解反应过程熵产率最小化

热化学硫碘循环是一种有潜力的制氢方式,而碘化氢分解反应是制氢过程的关键步骤,碘化氢的分解转化率决定了制氢效率的高低.为进一步从热力学第二定律的角度对碘化氢分解过程进行分析优化,本文建立了碘化氢分解一维活塞流管式反应器模型,并基于有限时间热力学理论,以系统中熵产率最小为优化目标进行研究.考虑传热、流动和化学反应过程的总熵产率,在给定的混合气体进口温度和混合气体进口压力及氢气产率约束条件下进行优化分析,分别考虑管长度固定和自由的两种情况,利用最优控制理论求解管外的热源温度最优分布.结果表明优化后的反应器中管外热源温度和混合气体温度差值存在相对恒定的子区间,并且管外热源的温度变化范围相对热源线性变化的参考反应器更广.与参考反应器相比,管长固定时(L=3 m)最优反应器的总熵产率降低了51.3%,管长自由变化时总熵产率存在二次最优,此时最优反应器长度Lopt=4.91 m,总熵产率相比参考反应器降低了57.6%.总熵产率的降低主要是由降低传热过程不可逆性实现的,适当延长管长可进一步降低反应过程中总熵产率.同时结合工业生产实际对如何实现热源温度最优分布进行了探讨.本文的研究结果对碘化氢分解反应器的尺寸参数和工艺条件设计可提供理论指导.

基于最小熵产率的碘化氢分解膜反应器最优构型

建立了使用高温氦气逆流方式加热的管式活塞流碘化氢(HI)分解膜反应器数学模型,利用有限时间热力学理论和最优控制理论以总熵产率(EGR)最小为目标求解了反应器的最优构型,最优反应器的总熵产率相比参考反应器降低了15.8%。在改变氦气入口流率的情况下,设计了总熵产率与最优反应器相同的加长反应器。结果表明,两种优化后反应器总熵产率的减少主要是传热过程的不可逆性降低引起的,最优反应器局部熵产率分布更均匀。

一种能够抑制碘化氢生成及增长的醋酸合成工艺

日本大赛璐公司通过控制醋酸合成催化剂中各组分的浓度,抑制了碘化氢的生成及增长,从而避免了其对反应器、闪蒸器及蒸发器的腐蚀。

五氧化二碘辅助亲电碘化1-甲基萘制备高残炭沥青（英文）

以1-甲基萘(1-MNP)为原料,采用碘化/脱碘聚合法成功制备了新型高残炭沥青,研究了溶剂种类、碘化温度和反应物摩尔比对碘化样品的影响。GC-MS结果表明当1-MNP、I_2和I_2O_5以1∶0.75∶0.18的摩尔比在60℃乙酸溶液中反应24 h,碘化产物主要由1-碘-4-甲基萘组成,选择性高达96.4%;碘化样品经130~180℃热处理发生脱碘化氢缩合反应。对所制沥青的甲醇可溶组分分析结果表明,脱碘化氢过程中有芳环加氢产物(四氢萘、5-甲基四氢萘等)和甲基迁移产物(2-甲基萘、二甲基萘、三甲基萘等)生成。通过TG、~1H-NM R和FT-IR等手段对沥青结构进行表征,结果表明该沥青具有较高的聚合度(甲苯可溶组分低于12 wt.%)、较高的残炭率(54~66 wt.%)以及较复杂的甲基萘分子组装方式(包括α-α'、α-β'和β-β')。脱碘聚合显著提高了沥青的聚合度和残炭率,这种沥青可用于高性能炭材料的制备。

Br_2+2HI=2HBr+I_2反应机理的密度泛函理论

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,取3—21G**基组研究了气相反应Br2+2 HI=2HBr+I2的机理,求得一系列四中心和三中心的过渡态.双分子基元反应Br2+HI→HBr+IBr和IBr+HI→I2+HBr的活化能(81.02和121.08 kJ·mol-1)小于Br2、HI和IBr的解离能(249.21、320.16和232.42 kJ·mol-1),故从理论上证明了标题反应将优先以分子与分子作用形式分两步完成.同时发现I原子与Br2分子反应生成较稳定的IBr2是一个无能垒过程,IBr2分解为IBr和Br原子的能垒为70.88 kJ·mol-1.

F_2+2HI=2HF+I_2反应机理的研究

分别用B3LYP和MP2方法取3-21G基组,研究了气相反应F2+2HI=2HF+I2的机理,求得一系列四中心和三中心的过渡态,通过比较六种反应途径的活化能的大小,得到了相同的结论:双分子基元反应F2+HIHF+IF和IF+HII2+HF的最小活化能小于F2和HI的解离能,从理论上证明了标题反应将优先以分子与分子作用形式分两步完成.

Cl_2+2HI=2HCl+I_2反应机理的理论研究

分别在MP2/3-21G!!、CCSD(T)/3-21G!!//MP2/3-21G!!和B3LYP/3-21G!!3种水平上,计算研究了气相反应Cl2+2HI=2HCl+I2的机理,求得一系列四中心和三中心的过渡态.通过比较六种反应通道的活化能大小,得到了相同的结论:双分子基元反应Cl2+HI"HCl+ICl和ICl+HI"I2+HCl的最小活化能小于Cl2、HI和ICl的解离能,从理论上证明了反应Cl2+2HI=2HCl+I2将优先以分子与分子作用形式分两步完成.用内禀反应坐标(IRC)验证了MP2/3-21G!!方法计算得到的过渡态.

膜电解池应用于碘硫循环制氢工艺中的HI浓缩

碘硫循环是一种优选的热化学分解水制氢工艺,其中HI-I2-H2O物料中HI的浓缩是工艺得以高效运转的前提。采用自行设计的膜电解池(EED Cell)和膜电解池堆(EED Stack),对HI-I2-H2O进行HI的膜电解浓缩实验。通过监测电解电压以及物料的组成变化,对浓缩效果进行评价,分析温度、电流密度、物料浓度等对膜电解池堆效率的影响规律。实验结果表明,EED可有效浓缩HI,使其超越恒沸点浓度,将EED池体组建为EED堆可有效拓展EED的处理能力;EED电压受到温度、料液浓度等因素的影响,其中温度的影响最为显著。

低温相HI分子晶体振动光谱计算

本文用弹性力常数模型计算了低温相ＨＩ晶体的振动光谱。利用９个可调参数计算出３７个晶格模式和８个内部模式晶场分裂谱线频率，结果与实验值甚符合，同时结合群论分析对晶体拉曼和红外光谱进行了全面指认，计算还给出晶体中各类相互作用力参数。

碘硫循环制氢中HI浓缩分离工艺的研究进展

综述了碘硫循环制氢中用于HI浓缩分离的3种主要技术路线,即磷酸萃取精馏、反应精馏以及电解电渗析预浓缩-精馏的研究进展,对各路线的过程原理、操作流程、能量利用效率等方面进行了讨论,在此基础上对比了其各自的优点和不足之处,并对其应用前景进行了展望。其中,磷酸萃取精馏开发最早,相对成熟,但操作流程复杂,运行效率需进一步提升;反应精馏流程有望以高集成度取得高效率,但所需条件非常苛刻,其设备开发、工艺实验等工作亟待展开;近年来发展较快的电解电渗析预浓缩-精馏工艺由于具有操作简单,条件温和,浓缩效率高等优点而具有较好的应用前景,其进一步工艺放大、模块化以及与精馏的高效协同等都是未来研究的重点和难点。

热化学硫碘循环制氢系统研究进展

热化学硫碘循环制氢是目前最有前景的制氢方法之一。为了提高产氢效率,众多学者对硫碘循环制氢系统进行了优化。对热化学硫碘循环制氢系统及其各单元研究进展进行了综述,讨论了本生反应中水和碘的用量问题、相分离问题,以及硫酸分解与碘化氢分解反应的反应环境和反应催化等问题,并对目前研究该循环的部分团队的实验结果和流程计算进行了对比。

氧化石墨烯膜的还原条件探究及应用

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯并涂覆于PET基底上,分别采用紫外光照射和HI还原法对若干组膜进行还原,控制还原温度和时间,通过扫描电镜观察每组膜的表面,将还原后膜的红外光谱、XPS谱图与氧化石墨烯的谱图比对,并采用四探针法计算出每片膜的方块电阻。结果表明:紫外光照射处理后的膜表面要比HI处理后的表面光滑,但电阻很高,红外谱图显示还原效果不佳;碘化氢80℃下还原2.0 h所得膜的红外谱图显示含氧官能团基本全部还原,还原效果好,膜方块电阻为(2.35±0.19)Ω/sq,在施以直流电压2.5 V、电流0.45 A的条件下,通电发热温度可达37.1℃,有望用于电致发热材料。