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FRITSCH球磨——不锈钢介导的水中球磨条件下定量H2生成实验研究

北京飞驰

2024/09/09 09:30

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在探索高效、清洁的氢能生产方式的征途中，近日取得了一项令人瞩目的进展。利用不锈钢球磨反应系统高效、定量地从水中生成H2。通过高能球磨的工艺，结合不锈钢研磨罐和研磨球，在行星式球磨机中实现了水的摩擦反应，进而促进了H2的产生。

此方法不仅依赖于不锈钢含有铁、铬、镍等多种金属的合金作为催化剂的特性，还充分利用了大能量的机械化学处理的促进作用，球磨机提供的高强度机械力不仅加速了水分子的破裂，还可能改变了不锈钢表面的性质，进一步促进了H2的生成。

实验目的

本实验旨在开发一种创新且高效的H2生产方式，直接从水资源中提取H2，以应对能源领域的可持续发展需求。

实验材料与仪器

-主要材料：去离子水(H2O)

-关键设备：行星式球磨机Pulverisette 7加强型

-反应研磨罐与介质：80mL SUS 304不锈钢研磨罐和5mm SUS 304 研磨球

-辅助仪器：气体收集装置、气体分析仪等，用于H2产量的量化与分析

实验过程细节

1.实验准备：首先，研究人员准备了纯净的去离子水作为反应物，并选择了合适的不锈钢研磨罐和研磨球。行星式球磨机作为一种能够提供高强度机械力的设备，被预设为适宜的转速和工作周期，以确保反应的有效进行。

2.装填与密封：将适量的去离子水注入不锈钢研磨罐内，随后加入一定数量的不锈钢球。研磨罐密封，以防止反应过程中气体的泄漏并维持恒定的压力环境。

3.球磨反应：开启球磨机，不锈钢球在研磨罐内高速运动，通过摩擦和撞击作用对水分子施加机械力。这种机械能的输入不仅促进了水分子的解离，同时不锈钢表面的催化作用加速了H2的生成。

球磨条件下烷烃的制氢活性

Entry	alkane	Generated H2 (mmol)	Generated CH4 (mmol)
1	n-C5H12	0.93	2.36
2	n-C6H14	1.06	0.84
3	n-C7H16	2.05	0.62
4	n-C10H22	not detected	not detected

以烷烃为氢源的烯烃加氢反应

Entry	alkane	recovered 1	2aa
1	n-C5H12	60	24
2	n-C6H14	92	6
3	n-C7H16	no reaction	no reaction
4	n-C10H22	no reaction	no reaction
5	n-C10H22	76	10
6	n-C6H12	85	6
7	n-C5H12	0	55
8	n-C5H12	68	16

4.气体收集与分析：随着反应的进行，生成的H2被收集并通过气体分析仪进行定量分析，以评估反应效率和H2的纯度。实验重复多次，以确保结果的可靠性和可重复性。

结果与讨论

实验结果显示，通过这种简单而高效的球磨法，在不锈钢的催化作用下，水成功地转化为H2，且产率高、过程可控。机械化学处理在此过程中起到了显著的促进效果，使得H2的生成更为高效和稳定。这种方法不仅克服了传统电解水制氢能耗高的问题，还为氢能源的绿色生产提供了新的视角。

氢化必需金属

结论

综上所述，不锈钢介导的水下球磨条件下的H2生成技术，通过结合特定的机械设备和材料特性，展示了在实验室条件下高效制氢的潜力。这一发现不仅对氢能源领域具有重要意义，也为探索更环保、经济的H2生产方法开辟了新路径。未来的研究可进一步优化反应条件、提高产率，并探索其在工业规模上的应用可行性。

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