碳镁储氢材料控制性制备及放氢动力学的研究

作     者：谭琦 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周仕学

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：微晶碳 反应球磨 控制性制备 放氢动力学 

摘      要：本文将无烟煤、海绵焦和活性炭经950℃碳化,1500℃预石墨化处理制成微晶碳,以及以针状焦和乙炔热解沉积碳为碳原料,添加到金属Mg中,在氢气气氛下反应球磨制备碳镁储氢材料。借助TEM、XRD、FTIR、DSC、p-c-T以及自行设计的排水法放氢量测试装置等检测手段对材料的结构和性能进行了表征测试。研究了碳化和预石墨化条件对碳材料结构和微晶碳尺寸的影响;总球磨时间、周期球磨时间、碳原料和金属催化剂对控制性制备碳镁储氢材料的影响;最后,研究了碳镁储氢材料的放氢动力学。 通过分析无烟煤、海绵焦和活性炭碳化和预石墨化后的XRD图,发现无烟煤基微晶碳,其(002)衍射峰变得较尖锐,且在43.5°附近出现了与石墨(100)晶面对应的强度微弱的衍射峰。海绵焦基微晶碳的(002)衍射峰比活性炭基微晶碳(002)衍射峰尖锐得多,说明海绵焦基微晶碳比活性炭基微晶碳石墨化度要高的多。根据无烟煤基微晶碳的XRD图谱,计算了无烟煤基微晶碳的结构参数d、L和L,结果表明无烟煤经预处理后石墨化度增大,形成了具有石墨微晶结构的微晶碳,且石墨状微晶碳的结晶区增大,碳网平面在二维方向显著增大。 总球磨时间为2h时,由于微晶碳良好的分散和助磨作用,材料粒度可达纳米级,但随着总球磨时间的延长,物料出现团聚现象且材料晶格结构被破坏程度加剧,4h材料已几乎呈均一非晶相;随总球磨时间增加,材料放氢温度降低。周期球磨时间越短,越有利于物料粒度变小,而在物料粒度达到纳米级前,增加周期球磨时间能提高储氢材料的储氢密度,降低放氢温度。无烟煤基微晶碳和乙炔热解沉积碳的储氢性能要比海绵焦基微晶碳、针状焦和活性炭基微晶碳好。添加金属催化剂储氢材料能提高储氢材料的储氢密度,降低放氢温度,Mo的催化性能要优于Ni和Al。 根据化学反应动力学原理确定了储氢材料67Mg29CC3Ni1Al的放氢反应是表观一级反应,其放氢表观活化能为138.0±6kJ·mol。与储氢材料70Mg30CC相比,催化剂Ni、Al的加入缩短了放氢时间,加快了放氢速度,并且提高了放氢量,降低了放氢表观活化能,改善了储氢材料放氢动力学性能。