新型有机液体储氢体系研究

乙基咔唑是一种新型有机液体储氢材料,具有可逆储放氢特性,在储氢领域里有着良好的应用前景. 本文首先通过改变反应温度、压力、催化剂含量等因素研究了乙基咔唑在高压反应釜中的加氢动力学,结果表明,乙基咔唑液相加氢反应是一个由发生在催化剂颗粒表面上的化学反应所控制的过程,气-液和液-固界面上的传质阻力均可忽略；在180～20℃温度范围内,乙基咔唑吸氢行为最佳,重量储氢量可达5.0wt%；在反应温度120℃～200℃,压力2.0～6.0 MPa,催化剂含量10 wt%时乙基咔唑加氢反应表观活化能为65.17KJ/mol,表观动力学方程可表达为： 由于乙基咔唑加氢反应产物主要有五种,分别为四氢乙基咔唑、六氢乙基咔唑、八氢乙基咔唑、十氢乙基咔唑、十二氢乙基咔唑,因此进一步对乙基咔唑液相加氢历程进行实验研究,并利用Gaussian软件,优化了反应物及加氢中间产物的构型,计算获得了热力学能量,结合实验结果,对不同结构的中间产物反应难易程度及稳定性作出了合理的解释。 其次,本文研究了十二氢乙基咔唑的脱氢反应过程,发现随着温度的上升转化率逐步提高,当反应温度为218℃时脱氢转化率达到最高为76.1%。但进一步提高温度到232℃时转化率下降为73.6%。脱氢反应的产物以乙基咔唑、四氢乙基咔唑,八氢乙基咔唑为主。 最后,本文还对乙基咔唑吸氢和脱氢反应一体化过程进行研究,并在高压反应釜中对该过程进行循环实验。研究表明,在6小时内,乙基咔唑实现了在180-200℃下的储放氢过程,具有一定的可逆性,但循环稳定性并不理想。