鎳硒催化劑用于高效制氫
2017-2-8 13:44:47
據最新消息，美國密蘇里科技大學與希臘雅典大學研究人員近日聯合開發出了一種利用低成本鎳硒催化劑高效制氫的新技術。利用該技術可清潔高效地制備氫氣，再次證實氫能源是一種切實可行的能源替代方案。
(一)石油化工
氫氣是現代煉油工業和化學工業的基本原料之一，在廣泛范圍內氫以多種形式用于石油化學工業。我國的合成氨生產的主要原料是煤制氣、天然氣、石腦油和重油，一個1000t/d規模的合成氨廠，每生產1t氨氨約需氫氣336m3。與合成氨一樣，合成甲醇的氫大部分也是由煤制氣、天然氣、石腦油或重油制取，一個日產千噸級規模的甲醇廠，每生產1t甲醇約需氫氣560 m3。。由于甲醇是一種基本有機化工原料，又可作為代替燃料，其需要量日益增長，因而用于甲醇合成的氫氣量也有可能繼續增長。
石油煉制工業用氫量僅次于合成氨。在石油煉制過程中，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫、粗柴油加氫脫硫、燃料加氫脫硫、改善飛機燃料性能和加氫裂化等方面；在石油化工領域，氫氣主要用于C3餾分加氫=汽油加氫、C6~C8。餾分加氫脫烷基以及生產環已烷等方面。
催化重整原料的加氫是除石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質，是石油煉制工業是最早使用的過程。加氫裂化是在氫氣存在下進行的催化裂化過程，反應主要特征是C-C鍵斷裂。選擇性加氫主要用于高溫裂解產物，對乙烯餾分進行氣相加氫，對丙烯餾分采用液相加氫。
加氫精制也是除去有害化合物的過程，除硫化氫、硫醇、總硫之外，炔烴、烯烴、金屬和準金屬等均可在加氫過程中除去。因而，在現代石油化學加工過程中，利用加氫工藝可以改善石油化學品的質量，增加最有價值的石油化學品的產量，減少重油殘渣和焦油的生成，降低結炭量，提高石油加工廠的適應性，從石油加工廢物中可以得到很多有價值的石油化學產品，凈化一系列產品，除去有害雜質。氫是現代石油加工工業產品最通用的交化劑，能提高大型裂化裝置的生產能力。
在石油化工領域，還可以用氫和一氧化碳反應合成多種有機化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯、醇的同系化反應、與不飽和烴反應制醛等。此外，采用選擇加氫，可由醛制醇，炔烴制烯烴，硝基苯加氫制苯胺以及由萘制氫化萘等。
(二)電子工業
在一些電子材料的生長與襯底的制備、氧化工藝、外延工藝中以及化學氣相淀積(CVD)技術中，均要采用氫氣作為反應氣、還原氣或保護氣。半導體集成電路生產對氣體純度要求極高，比如氧雜質的允許濃度為10-12等。微量雜質的“摻入”，將會改變半導體的表面特性，甚至使產品成品率降低或造成廢品。
在制造非晶體硅太陽能電池中，也需要用到純度很高的氫氣。非晶硅薄膜半導體是國際上近十年來研制成功的新材料，在太陽能轉換和信息技術等方面已展示出了誘人的應用前景。
光導纖維的應用和開發已經規模使用，石英玻璃纖維是光導纖維的主要類型，在光纖預制棒制造過程中，需要采用氫氧焰加熱，經數十次沉積，對氫氣純度和潔凈度都有一定要求。
(三)浮法玻璃生產工藝
在玻璃工業中廣泛使用的氣體有氫、乙炔、氧和氮。浮法玻璃生產時，為使錫槽中液態錫不被氧化，采用氮氫混合氣對錫槽進行保護，需用氣體純度較高，其中氫氣的純度為99.999%。
(四)冶金工業
在治金工業中，氫氣主要用做還原氣，以便將金屬氧化物還原成金屬。氫氣除了用于還原若干種金屬氧化物以制取純金屬外，在高溫鍛壓一些金屬器材中，經常用氫氣作為保護氣以使金屬不被氧化。
(五)食品加工工業
許多天然食用油具有很大度的不飽和性，經氫化處理后，所行產品可穩定貯存，并能抵抗細菌的生長，提高油的黏度。植物油加氫氫化所用的氫氣，純度要求都很高，一般需嚴格提純后方可使用。食用油加氫的產品可加工成人造奶油和食用蛋白質等。非食用油加氫可得到生產肥皂和畜牧業飼料的原料。過程包括用氫飽和不飽和酸(油酸、亞油酸等)的甘油脂，將氫引入到液體脂肪或植物油的組成中。
(六)空間技術與燃氣應用
氫作為航空燃料的優點有很多，它不僅能滿足未來航空燃料的許多要求，最重要的是，氫燃料對環境不產生污染。
用氫氣做燃料在許多方面比烴類燃料更優越，國外20世紀60年代開始研制用氫氣作為汽車燃料的問題，常規內燃機經少許修改就可用氫氣做燃料。
日本對以液氫為燃料的超導磁懸浮列車進行了可行性研究。美國波音公司和劉易斯研究中心對液氫飛機作過可行性研究。可以預見，不久的將來必然以氫取代烴做燃料。
用氫氣和氧氣可進行焊接或金屬、非金屬的熔化。氫氣在氧氣中燃燒的溫度可過3100K，氫通過電弧的火焰時分解成原子氫，原子氫可用于最難熔的金屬、高碳鋼、耐腐蝕材料、有色金屬等的熔融和焊接。用原子氫進行焊接的優點在于，氫原子束能防止焊接部位被氧化，使焊接的地方不產生氧化皮。
氫作為能源，是未來發電、電動汽車用燃料電池的燃料。燃料電池是將氫燃料與氧化劑的化學能直接轉化為電能，轉化效率高，生成物為水，對環境無污染被譽為“零排放”，氫是人類未來的清潔能源。
(七)其他應用
(1)由于氫具有較高的導熱系數，在大型發電機組中經常用氫氣做冷卻劑。
(2)在需要獲得超低溫的科學研究中，常用氫做制冷劑。
(3)在氣相色譜分析中經常用氫氣做載氣。
(4)由于氫密度低，還可以用于充填氣球和飛艇。
(5)利用金屬氫化物吸氫放熱，脫氫吸熱的性質，可以建立熱泵循環或熱吸附壓縮機。
目前，該項研究成果已發表在了《Chemistry & Sustainability Energy &
Materials》期刊上。在研究成果中，論文作者密蘇里科技大學化學系副教授Manashi Nath及其論文合作者Jahangir
Masud等人，對金屬鎳四面體與硒構成的配位化合物催化劑催化水解制氫機理作了詳細的闡述。二元催化劑成份之一的金屬鎳，地球儲量豐富，用于低成本水解制氫及清潔能源開發具備可行性和成本優勢。
目前許多通過水制取氫氧（如電解水制氫）過程需要輸入大量的外部能量，并需要使用Pt等貴金屬作催化劑，成本較高，而利用鎳硒催化劑水解制氫技術將更具市場前景。研究指出，水在該鎳硒催化劑催化作用下可同時制得氫氣和氧氣，這也是該項研究亮點之一。
氫氣用途：
譜源氣體可供應高純氫氣，現小編將氫氣的用途歸納如下，可供網友學習認識氫氣。
氫氣的應用領域很廣，其中，用量最大的是作為一種重要的石油化工原料，用于生產合成氨、甲醇以及石油煉制過程的加氫。氫氣廣泛應用于電子工業、冶金工業、食品加工、浮法玻璃、精細化工和有機合成、航空航天工業等領域也廣泛應用。氫作為能源，是未來發電、電動汽車用燃料電池的燃料。氫氣是現代煉油工業和化學工業的基本原料之一，在廣泛范圍內氫以多種形式用于石油化學工業。我國的合成氨生產的主要原料是煤制氣、天然氣、石腦油和重油，一個1000t/d規模的合成氨廠，每生產1t氨氨約需氫氣336m3。與合成氨一樣，合成甲醇的氫大部分也是由煤制氣、天然氣、石腦油或重油制取，一個日產千噸級規模的甲醇廠，每生產1t甲醇約需氫氣560 m3。。由于甲醇是一種基本有機化工原料，又可作為代替燃料，其需要量日益增長，因而用于甲醇合成的氫氣量也有可能繼續增長。
石油煉制工業用氫量僅次于合成氨。在石油煉制過程中，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫、粗柴油加氫脫硫、燃料加氫脫硫、改善飛機燃料性能和加氫裂化等方面；在石油化工領域，氫氣主要用于C3餾分加氫=汽油加氫、C6~C8。餾分加氫脫烷基以及生產環已烷等方面。
催化重整原料的加氫是除石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質，是石油煉制工業是最早使用的過程。加氫裂化是在氫氣存在下進行的催化裂化過程，反應主要特征是C-C鍵斷裂。選擇性加氫主要用于高溫裂解產物，對乙烯餾分進行氣相加氫，對丙烯餾分采用液相加氫。
加氫精制也是除去有害化合物的過程，除硫化氫、硫醇、總硫之外，炔烴、烯烴、金屬和準金屬等均可在加氫過程中除去。因而，在現代石油化學加工過程中，利用加氫工藝可以改善石油化學品的質量，增加最有價值的石油化學品的產量，減少重油殘渣和焦油的生成，降低結炭量，提高石油加工廠的適應性，從石油加工廢物中可以得到很多有價值的石油化學產品，凈化一系列產品，除去有害雜質。氫是現代石油加工工業產品最通用的交化劑，能提高大型裂化裝置的生產能力。
在石油化工領域，還可以用氫和一氧化碳反應合成多種有機化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯、醇的同系化反應、與不飽和烴反應制醛等。此外，采用選擇加氫，可由醛制醇，炔烴制烯烴，硝基苯加氫制苯胺以及由萘制氫化萘等。
(二)電子工業
在一些電子材料的生長與襯底的制備、氧化工藝、外延工藝中以及化學氣相淀積(CVD)技術中，均要采用氫氣作為反應氣、還原氣或保護氣。半導體集成電路生產對氣體純度要求極高，比如氧雜質的允許濃度為10-12等。微量雜質的“摻入”，將會改變半導體的表面特性，甚至使產品成品率降低或造成廢品。
在制造非晶體硅太陽能電池中，也需要用到純度很高的氫氣。非晶硅薄膜半導體是國際上近十年來研制成功的新材料，在太陽能轉換和信息技術等方面已展示出了誘人的應用前景。
光導纖維的應用和開發已經規模使用，石英玻璃纖維是光導纖維的主要類型，在光纖預制棒制造過程中，需要采用氫氧焰加熱，經數十次沉積，對氫氣純度和潔凈度都有一定要求。
(三)浮法玻璃生產工藝
在玻璃工業中廣泛使用的氣體有氫、乙炔、氧和氮。浮法玻璃生產時，為使錫槽中液態錫不被氧化，采用氮氫混合氣對錫槽進行保護，需用氣體純度較高，其中氫氣的純度為99.999%。
(四)冶金工業
在治金工業中，氫氣主要用做還原氣，以便將金屬氧化物還原成金屬。氫氣除了用于還原若干種金屬氧化物以制取純金屬外，在高溫鍛壓一些金屬器材中，經常用氫氣作為保護氣以使金屬不被氧化。
(五)食品加工工業
許多天然食用油具有很大度的不飽和性，經氫化處理后，所行產品可穩定貯存，并能抵抗細菌的生長，提高油的黏度。植物油加氫氫化所用的氫氣，純度要求都很高，一般需嚴格提純后方可使用。食用油加氫的產品可加工成人造奶油和食用蛋白質等。非食用油加氫可得到生產肥皂和畜牧業飼料的原料。過程包括用氫飽和不飽和酸(油酸、亞油酸等)的甘油脂，將氫引入到液體脂肪或植物油的組成中。
(六)空間技術與燃氣應用
氫作為航空燃料的優點有很多，它不僅能滿足未來航空燃料的許多要求，最重要的是，氫燃料對環境不產生污染。
用氫氣做燃料在許多方面比烴類燃料更優越，國外20世紀60年代開始研制用氫氣作為汽車燃料的問題，常規內燃機經少許修改就可用氫氣做燃料。
日本對以液氫為燃料的超導磁懸浮列車進行了可行性研究。美國波音公司和劉易斯研究中心對液氫飛機作過可行性研究。可以預見，不久的將來必然以氫取代烴做燃料。
用氫氣和氧氣可進行焊接或金屬、非金屬的熔化。氫氣在氧氣中燃燒的溫度可過3100K，氫通過電弧的火焰時分解成原子氫，原子氫可用于最難熔的金屬、高碳鋼、耐腐蝕材料、有色金屬等的熔融和焊接。用原子氫進行焊接的優點在于，氫原子束能防止焊接部位被氧化，使焊接的地方不產生氧化皮。
氫作為能源，是未來發電、電動汽車用燃料電池的燃料。燃料電池是將氫燃料與氧化劑的化學能直接轉化為電能，轉化效率高，生成物為水，對環境無污染被譽為“零排放”，氫是人類未來的清潔能源。
(七)其他應用
(1)由于氫具有較高的導熱系數，在大型發電機組中經常用氫氣做冷卻劑。
(2)在需要獲得超低溫的科學研究中，常用氫做制冷劑。
(3)在氣相色譜分析中經常用氫氣做載氣。
(4)由于氫密度低，還可以用于充填氣球和飛艇。
(5)利用金屬氫化物吸氫放熱，脫氫吸熱的性質，可以建立熱泵循環或熱吸附壓縮機。
