镍硒催化剂用于高效制氢
2017-2-8 13:44:47
据最新消息，美国密苏里科技大学与希腊雅典大学研究人员近日联合开发出了一种利用低成本镍硒催化剂高效制氢的新技术。利用该技术可清洁高效地制备氢气，再次证实氢能源是一种切实可行的能源替代方案。
(一)石油化工
氢气是现代炼油工业和化学工业的基本原料之一，在广泛范围内氢以多种形式用于石油化学工业。我国的合成氨生产的主要原料是煤制气、天然气、石脑油和重油，一个1000t/d规模的合成氨厂，每生产1t氨氨约需氢气336m3。与合成氨一样，合成甲醇的氢大部分也是由煤制气、天然气、石脑油或重油制取，一个日产千吨级规模的甲醇厂，每生产1t甲醇约需氢气560 m3。。由于甲醇是一种基本有机化工原料，又可作为代替燃料，其需要量日益增长，因而用于甲醇合成的氢气量也有可能继续增长。
石油炼制工业用氢量仅次于合成氨。在石油炼制过程中，氢气主要用于石脑油加氢脱硫、粗柴油加氢脱硫、燃料加氢脱硫、改善飞机燃料性能和加氢裂化等方面；在石油化工领域，氢气主要用于C3馏分加氢=汽油加氢、C6~C8。馏分加氢脱烷基以及生产环已烷等方面。
催化重整原料的加氢是除石脑油中的硫化物、氮化物、铅和砷等杂质，是石油炼制工业是最早使用的过程。加氢裂化是在氢气存在下进行的催化裂化过程，反应主要特征是C-C键断裂。选择性加氢主要用于高温裂解产物，对乙烯馏分进行气相加氢，对丙烯馏分采用液相加氢。
加氢精制也是除去有害化合物的过程，除硫化氢、硫醇、总硫之外，炔烃、烯烃、金属和准金属等均可在加氢过程中除去。因而，在现代石油化学加工过程中，利用加氢工艺可以改善石油化学品的质量，增加最有价值的石油化学品的产量，减少重油残渣和焦油的生成，降低结炭量，提高石油加工厂的适应性，从石油加工废物中可以得到很多有价值的石油化学产品，净化一系列产品，除去有害杂质。氢是现代石油加工工业产品最通用的交化剂，能提高大型裂化装置的生产能力。
在石油化工领域，还可以用氢和一氧化碳反应合成多种有机化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯、醇的同系化反应、与不饱和烃反应制醛等。此外，采用选择加氢，可由醛制醇，炔烃制烯烃，硝基苯加氢制苯胺以及由萘制氢化萘等。
(二)电子工业
在一些电子材料的生长与衬底的制备、氧化工艺、外延工艺中以及化学气相淀积(CVD)技术中，均要采用氢气作为反应气、还原气或保护气。半导体集成电路生产对气体纯度要求极高，比如氧杂质的允许浓度为10-12等。微量杂质的“掺入”，将会改变半导体的表面特性，甚至使产品成品率降低或造成废品。
在制造非晶体硅太阳能电池中，也需要用到纯度很高的氢气。非晶硅薄膜半导体是国际上近十年来研制成功的新材料，在太阳能转换和信息技术等方面已展示出了诱人的应用前景。
光导纤维的应用和开发已经规模使用，石英玻璃纤维是光导纤维的主要类型，在光纤预制棒制造过程中，需要采用氢氧焰加热，经数十次沉积，对氢气纯度和洁净度都有一定要求。
(三)浮法玻璃生产工艺
在玻璃工业中广泛使用的气体有氢、乙炔、氧和氮。浮法玻璃生产时，为使锡槽中液态锡不被氧化，采用氮氢混合气对锡槽进行保护，需用气体纯度较高，其中氢气的纯度为99.999%。
(四)冶金工业
在治金工业中，氢气主要用做还原气，以便将金属氧化物还原成金属。氢气除了用于还原若干种金属氧化物以制取纯金属外，在高温锻压一些金属器材中，经常用氢气作为保护气以使金属不被氧化。
(五)食品加工工业
许多天然食用油具有很大度的不饱和性，经氢化处理后，所行产品可稳定贮存，并能抵抗细菌的生长，提高油的黏度。植物油加氢氢化所用的氢气，纯度要求都很高，一般需严格提纯后方可使用。食用油加氢的产品可加工成人造奶油和食用蛋白质等。非食用油加氢可得到生产肥皂和畜牧业饲料的原料。过程包括用氢饱和不饱和酸(油酸、亚油酸等)的甘油脂，将氢引入到液体脂肪或植物油的组成中。
(六)空间技术与燃气应用
氢作为航空燃料的优点有很多，它不仅能满足未来航空燃料的许多要求，最重要的是，氢燃料对环境不产生污染。
用氢气做燃料在许多方面比烃类燃料更优越，国外20世纪60年代开始研制用氢气作为汽车燃料的问题，常规内燃机经少许修改就可用氢气做燃料。
日本对以液氢为燃料的超导磁悬浮列车进行了可行性研究。美国波音公司和刘易斯研究中心对液氢飞机作过可行性研究。可以预见，不久的将来必然以氢取代烃做燃料。
用氢气和氧气可进行焊接或金属、非金属的熔化。氢气在氧气中燃烧的温度可过3100K，氢通过电弧的火焰时分解成原子氢，原子氢可用于最难熔的金属、高碳钢、耐腐蚀材料、有色金属等的熔融和焊接。用原子氢进行焊接的优点在于，氢原子束能防止焊接部位被氧化，使焊接的地方不产生氧化皮。
氢作为能源，是未来发电、电动汽车用燃料电池的燃料。燃料电池是将氢燃料与氧化剂的化学能直接转化为电能，转化效率高，生成物为水，对环境无污染被誉为“零排放”，氢是人类未来的清洁能源。
(七)其他应用
(1)由于氢具有较高的导热系数，在大型发电机组中经常用氢气做冷却剂。
(2)在需要获得超低温的科学研究中，常用氢做制冷剂。
(3)在气相色谱分析中经常用氢气做载气。
(4)由于氢密度低，还可以用于充填气球和飞艇。
(5)利用金属氢化物吸氢放热，脱氢吸热的性质，可以建立热泵循环或热吸附压缩机。
目前，该项研究成果已发表在了《Chemistry & Sustainability Energy &
Materials》期刊上。在研究成果中，论文作者密苏里科技大学化学系副教授Manashi Nath及其论文合作者Jahangir
Masud等人，对金属镍四面体与硒构成的配位化合物催化剂催化水解制氢机理作了详细的阐述。二元催化剂成份之一的金属镍，地球储量丰富，用于低成本水解制氢及清洁能源开发具备可行性和成本优势。
目前许多通过水制取氢氧（如电解水制氢）过程需要输入大量的外部能量，并需要使用Pt等贵金属作催化剂，成本较高，而利用镍硒催化剂水解制氢技术将更具市场前景。研究指出，水在该镍硒催化剂催化作用下可同时制得氢气和氧气，这也是该项研究亮点之一。
氢气用途：
谱源气体可供应高纯氢气，现小编将氢气的用途归纳如下，可供网友学习认识氢气。
氢气的应用领域很广，其中，用量最大的是作为一种重要的石油化工原料，用于生产合成氨、甲醇以及石油炼制过程的加氢。氢气广泛应用于电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细化工和有机合成、航空航天工业等领域也广泛应用。氢作为能源，是未来发电、电动汽车用燃料电池的燃料。氢气是现代炼油工业和化学工业的基本原料之一，在广泛范围内氢以多种形式用于石油化学工业。我国的合成氨生产的主要原料是煤制气、天然气、石脑油和重油，一个1000t/d规模的合成氨厂，每生产1t氨氨约需氢气336m3。与合成氨一样，合成甲醇的氢大部分也是由煤制气、天然气、石脑油或重油制取，一个日产千吨级规模的甲醇厂，每生产1t甲醇约需氢气560 m3。。由于甲醇是一种基本有机化工原料，又可作为代替燃料，其需要量日益增长，因而用于甲醇合成的氢气量也有可能继续增长。
石油炼制工业用氢量仅次于合成氨。在石油炼制过程中，氢气主要用于石脑油加氢脱硫、粗柴油加氢脱硫、燃料加氢脱硫、改善飞机燃料性能和加氢裂化等方面；在石油化工领域，氢气主要用于C3馏分加氢=汽油加氢、C6~C8。馏分加氢脱烷基以及生产环已烷等方面。
催化重整原料的加氢是除石脑油中的硫化物、氮化物、铅和砷等杂质，是石油炼制工业是最早使用的过程。加氢裂化是在氢气存在下进行的催化裂化过程，反应主要特征是C-C键断裂。选择性加氢主要用于高温裂解产物，对乙烯馏分进行气相加氢，对丙烯馏分采用液相加氢。
加氢精制也是除去有害化合物的过程，除硫化氢、硫醇、总硫之外，炔烃、烯烃、金属和准金属等均可在加氢过程中除去。因而，在现代石油化学加工过程中，利用加氢工艺可以改善石油化学品的质量，增加最有价值的石油化学品的产量，减少重油残渣和焦油的生成，降低结炭量，提高石油加工厂的适应性，从石油加工废物中可以得到很多有价值的石油化学产品，净化一系列产品，除去有害杂质。氢是现代石油加工工业产品最通用的交化剂，能提高大型裂化装置的生产能力。
在石油化工领域，还可以用氢和一氧化碳反应合成多种有机化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯、醇的同系化反应、与不饱和烃反应制醛等。此外，采用选择加氢，可由醛制醇，炔烃制烯烃，硝基苯加氢制苯胺以及由萘制氢化萘等。
(二)电子工业
在一些电子材料的生长与衬底的制备、氧化工艺、外延工艺中以及化学气相淀积(CVD)技术中，均要采用氢气作为反应气、还原气或保护气。半导体集成电路生产对气体纯度要求极高，比如氧杂质的允许浓度为10-12等。微量杂质的“掺入”，将会改变半导体的表面特性，甚至使产品成品率降低或造成废品。
在制造非晶体硅太阳能电池中，也需要用到纯度很高的氢气。非晶硅薄膜半导体是国际上近十年来研制成功的新材料，在太阳能转换和信息技术等方面已展示出了诱人的应用前景。
光导纤维的应用和开发已经规模使用，石英玻璃纤维是光导纤维的主要类型，在光纤预制棒制造过程中，需要采用氢氧焰加热，经数十次沉积，对氢气纯度和洁净度都有一定要求。
(三)浮法玻璃生产工艺
在玻璃工业中广泛使用的气体有氢、乙炔、氧和氮。浮法玻璃生产时，为使锡槽中液态锡不被氧化，采用氮氢混合气对锡槽进行保护，需用气体纯度较高，其中氢气的纯度为99.999%。
(四)冶金工业
在治金工业中，氢气主要用做还原气，以便将金属氧化物还原成金属。氢气除了用于还原若干种金属氧化物以制取纯金属外，在高温锻压一些金属器材中，经常用氢气作为保护气以使金属不被氧化。
(五)食品加工工业
许多天然食用油具有很大度的不饱和性，经氢化处理后，所行产品可稳定贮存，并能抵抗细菌的生长，提高油的黏度。植物油加氢氢化所用的氢气，纯度要求都很高，一般需严格提纯后方可使用。食用油加氢的产品可加工成人造奶油和食用蛋白质等。非食用油加氢可得到生产肥皂和畜牧业饲料的原料。过程包括用氢饱和不饱和酸(油酸、亚油酸等)的甘油脂，将氢引入到液体脂肪或植物油的组成中。
(六)空间技术与燃气应用
氢作为航空燃料的优点有很多，它不仅能满足未来航空燃料的许多要求，最重要的是，氢燃料对环境不产生污染。
用氢气做燃料在许多方面比烃类燃料更优越，国外20世纪60年代开始研制用氢气作为汽车燃料的问题，常规内燃机经少许修改就可用氢气做燃料。
日本对以液氢为燃料的超导磁悬浮列车进行了可行性研究。美国波音公司和刘易斯研究中心对液氢飞机作过可行性研究。可以预见，不久的将来必然以氢取代烃做燃料。
用氢气和氧气可进行焊接或金属、非金属的熔化。氢气在氧气中燃烧的温度可过3100K，氢通过电弧的火焰时分解成原子氢，原子氢可用于最难熔的金属、高碳钢、耐腐蚀材料、有色金属等的熔融和焊接。用原子氢进行焊接的优点在于，氢原子束能防止焊接部位被氧化，使焊接的地方不产生氧化皮。
氢作为能源，是未来发电、电动汽车用燃料电池的燃料。燃料电池是将氢燃料与氧化剂的化学能直接转化为电能，转化效率高，生成物为水，对环境无污染被誉为“零排放”，氢是人类未来的清洁能源。
(七)其他应用
(1)由于氢具有较高的导热系数，在大型发电机组中经常用氢气做冷却剂。
(2)在需要获得超低温的科学研究中，常用氢做制冷剂。
(3)在气相色谱分析中经常用氢气做载气。
(4)由于氢密度低，还可以用于充填气球和飞艇。
(5)利用金属氢化物吸氢放热，脱氢吸热的性质，可以建立热泵循环或热吸附压缩机。
