活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　使用新的工藝技術(shù)改變活性炭中孔隙的表面和結(jié)構(gòu)，對(duì)硼摻雜活性炭中氫吸附的影響研究。氫氣目前以壓縮或液化形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸。通過化學(xué)吸附或物理吸附在主體材料中的氫存儲(chǔ)作為輕型車輛的替代的，實(shí)用的和實(shí)惠的存儲(chǔ)技術(shù)出現(xiàn)。在金屬和化學(xué)氫化物中，氫通過共價(jià)鍵，離子鍵或金屬鍵與主體連接。因此，化學(xué)吸附是可逆的幾乎不與氫僅在高溫下或在暴露釋放到催化劑。在物理吸附，氫分子通過弱范德華力吸附在吸附劑表面上作為高密度流體。結(jié)果，氫的吸附熱相對(duì)較小，導(dǎo)致低的儲(chǔ)存容量。

　　盡管開發(fā)了有效的氫吸附劑的大量研究工作，但今天沒有材料符合設(shè)定的儲(chǔ)存目標(biāo)。開發(fā)氫吸附劑的相關(guān)參數(shù)是材料的重量和體積儲(chǔ)存容量。到2020年，2025年和能夠達(dá)到的極限目標(biāo)分別設(shè)定為0.045，0.055和0.065 kg H 2/kg(重量?jī)?chǔ)存)，0.030，0.040和0.050 kg H 2/L(用于體積存儲(chǔ))。重要的是要注意，這些目標(biāo)是針對(duì)完整的存儲(chǔ)系統(tǒng)(計(jì)算閥門，調(diào)節(jié)器，管道，材料和其他工程部件所占的質(zhì)量和體積)而定義的，而不是僅針對(duì)吸附劑材料。而有可能通過物理吸附儲(chǔ)氫的材料是活性炭。

　　我們嘗試使用一種修改活性炭結(jié)構(gòu)的新方法。在活性炭中摻雜硼再經(jīng)過一些工藝，改變孔表面和結(jié)構(gòu)。經(jīng)過工藝后的活性炭吸附的水分量分別增加了18%和23%(相對(duì)于未經(jīng)過工藝的樣品)，從表面積已經(jīng)觀察到樣品的中度增加。先前對(duì)中等碳進(jìn)行的嘗試是針對(duì)低表面積碳進(jìn)行的。在這里，我們嘗試使用工藝修改硼摻雜的高表面積碳的孔結(jié)構(gòu)來(lái)測(cè)試它的對(duì)氫的吸附量。

　　樣品制備與超臨界氫吸附

　　活性炭樣品由原材料與磷酸和KOH連續(xù)化學(xué)活化組成。在活化期間，在活性炭?jī)?nèi)加入磷酸在45℃的烘箱中浸泡12小時(shí)。將混合物在480℃下在氮?dú)猸h(huán)境中活化。然后用熱水洗滌燒焦的碳直至中和(pH=7)。經(jīng)過一次活化后使用KOH溶液進(jìn)行二次化學(xué)活化在790℃下進(jìn)行，KOH與碳的比例為3：1。然后將所得材料用水(pH=7)洗滌并干燥后，通過沉積十硼烷摻雜制成活性炭。再使用體積吸附分析儀體積測(cè)量氫(99.999%純度)吸附等溫線。在T=80K和1至100巴的壓力下測(cè)量氫重量過量吸附等溫線。在將樣品在400℃和動(dòng)態(tài)真空(20托)下退火2小時(shí)后測(cè)定干燥樣品質(zhì)量。

　　我們發(fā)現(xiàn)活性炭摻雜硼經(jīng)過工藝改變了表面和孔結(jié)構(gòu)，引入了作為吸附氫的高能結(jié)合位點(diǎn)的缺陷。相對(duì)于其未改造的親本樣品，改造后的活性炭中平均結(jié)合能增加6%。此外，這種增加在低覆蓋率下更大，導(dǎo)致在低壓范圍中的氫存儲(chǔ)容量增加9%。

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