A. 吸氢机的工作原理是什么
实验室使用的碱性电解槽和聚合物膜电解槽产生氢气。
1、用碱性电解槽制氢
碱性电解槽主要由电源、电解槽、电解液、阴极、阳极和隔膜组成。电解液为氢氧化钾溶液(KOH),浓度为20%~30%;隔膜主要由石棉构成,主要起分离气体的作用,而两个电极主要由金属合金构成。
它的主要工作原理是:在阴极,水分子被分解成氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)。氢离子得到电子产生氢原子,进而产生氢分子(H2);离子(OH-)在阳极和阳极之间电场力的作用下穿过多孔隔膜,到达阳极,在那里失去电子生成水分子和氧分子。
电解槽内的导电介质为氢氧化钾水溶液,两极室的隔板为航天电解设备的优质隔膜,与端板一体的耐腐蚀、传质良好的栅电极形成电解槽。对两极施加直流电后,水分子立即在电解槽的两极发生电化学反应,在阳极产生氧气,在阴极产生氢气。反应式如下: 阳极:2OH--2e → H2O+1/2O2↑ 阴极:2H2O +2e →2OH- +H2↑ 总反应式:2H2O → 2 H2↑ +O2↑
2. 高分子薄膜电解槽制氢
聚合物膜电解槽(PEM)制氢,有些地方也称为固体聚合物电解质(SPE),用于水电解制氢。这个原理不需要电解液,只需要纯水,比碱性电解槽更安全。电解槽效率可达85%以上。然而,由于在电极处使用铂和其他贵金属,因此薄膜材料也是昂贵的材料。 PEM电解槽目前难以大规模投入使用。
其主要工作原理是:向膜电极组件供给去离子水,在阳极侧发生氧、氢离子和电子反应;电子通过电路转移到阴极,氢离子以水合(H+XH2O)的形式通过离子交换膜到达阴极;
制氢技术
化石能源制氢技术相对成熟,可满足大规模用氢需求;制氢技术正在转向可再生能源制氢。
工业制氢技术主要包括以煤、天然气、石油等为原料催化重整制氢,氯碱、钢铁、焦化、生物质气化或垃圾填埋气等工业副产品制氢生物制氢,利用电网供电或未来直接利用可再生能源电解水制氢;处于实验室阶段但潜力巨大的有光催化分解水、高温热化学裂解水、微生物催化等先进制氢技术。
催化重整、工业副产品和生物质制氢是目前氢气的主要来源,但存在二氧化碳排放问题。通过电解可再生能源的水产生的氢气可以获得零排放的氢气。电解制氢可分为碱性电解(AEC)、固体聚合物电解(SPE)和固体氧化物电解(SOEC)。
B. 国内的吸氢机工作原理是什么样的
吸氢机其工作的主要原理是:去离子水被供到膜一电极组件上,在阳极侧反应析出氧气、氢离子和电子;电子通过电路传递到阴极,氢离子以水合的形式(H+XH20)通过离子交换膜到阴极;在阴极,氢离子和电子重新结合形成氢气,同时,部分水也带到了阴极。
化石能源制氢技术比较成熟,可以满足规模用氢需求;制氢技术正向可再生能源制氢转变。
一、工业制氢技术主要有以煤、天然气、石油等为原料的催化重整制氢,氯碱、钢铁、焦化等工业副产物制氢,生物质气化或垃圾填埋气生物制氢,采用网电或未来直接利用可再生能源电力电解水制氢;处于实验室阶段但潜力大的有光催化分解水、高温热化学裂解水和微生物催化等先进制氢技术。
二、氢气发生器电解槽 电解槽类型一般有:碱性电解槽、基于离子交换技术的聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。
1、实验室中使用的碱性电解槽制氢和聚合物薄膜电解槽制氢。
2、碱性电解槽是最常用、技术最成熟、也最经济的电解槽,并且易于操作,在目前广泛使用,但缺点是其效率最低。
3、碱性电解槽制氢的特点是:氢氧根离子(OH-)在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横隔膜。
4、碱液电解制氢工作原理是传统隔膜碱液电解法。电解槽内的导电介质为氢氧化钾水溶液,两极室的分隔物为航天电解设备用优质隔膜,与端板合为一体的耐蚀、传质良好的格栅电极等组成电解槽。
三、聚合物薄膜电解槽制氢 聚合物薄膜电解槽制氢(PEM),一些地方也称之为固体聚合物电解质(SPE)水电解制氢。该种原理不需电解液,只需纯水,比碱性电解槽安全,电解槽的效率可以达到85%或以上,但由于在电极处使用铂等贵重金属,薄膜材料也是昂贵的材料,故PEM电解槽目前还难以投人大规模的使用。 聚合物薄膜电解槽制氢的特点是:氢离子(H+)在阴、阳极之间的电场力作用下穿过离子交换膜。
四、1、目前氢氧呼吸机的功效主要用于肿瘤等疾病的辅助治疗;
2、氢氧呼吸机的原理与构造主要有两种,传统碱性AEC制氢和质子膜SPE制氢,对应的是吸氢机制氢结果。
C. 工业制氢氧化钠
工业上氢氧化钠制法
oheask LV92013-04-16
RT
满意答案
wwmocmhi
LV9
2013-04-17
氢氧化钠主要是由电解法电解氯化钠水溶液制得,2NaCl+2H2 O==(通电)H2↑+Cl2 ↑+2NaOH 也可以通过化学法(苛化法)利用石灰乳与纯碱(Na2 CO3 )水溶液反应制得。化学法制得的烧碱纯度低,经济效益差,目前只在少数国家有小规模生产。
各种方法生产的50%或73%氢氧化钠溶液在降膜蒸发器内,用450℃熔融载热体间接加热,并加入蔗糖之类的还原剂,去除氯酸盐杂质,可进一步浓缩,也可以在含镍铸铁锅内用直火加热,蒸发浓缩成为熔融的无水氢氧化钠。用铸铁锅熬碱时,加入少量硝酸钠将杂质氧化,并加适量硫磺调色。熔融的氢氧化钠可直接加入铁桶凝成为整块固碱,也可经结片机或造粒塔制成片状或珠、粒状固碱。商品氢氧化钠有固体和液体两种,简称固碱和液碱,后者有73%、50%、45%、42%和30%等规格。
由于氢氧化钠生产工艺不同,使用要求不一,工业产品分为标准级和人造丝级。标准级含盐量较高,隔膜法生产的50%液碱含NaCl 1.0%~1.1%,供一般使用;人造丝级含盐及其他杂质均较少,水银法50%液碱含NaCl在 50ppm以下,适合制造人造丝以及再生离子交换树脂的需要。
D. 怎样电解氯化钠,才能得到氢氧化钠步骤
用惰性电极电解饱和氯化钠溶液,可生成氢氧化钠。
正极:2Cl- -2e- = Cl2↑,负极:2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-。
总反应为:2Cl- + 2H2O = H2 + Cl2 + 2OH-
但要想制得纯的氢氧化钠溶液,就必须用离子交换膜。
E. 有关实验室模拟光合作用以及制备氢能源的问题
光合作用给我们的启示——模拟光合作用获得氢能源
绿色植物不费任何力气,就能生长,并实现了自然界中最重要的两个转变:光能转变为化学能;无机物变为有机物。绿色植物的光合作用给了我们什么启示?
在人类面临能源危机的今天,各国科学家都在寻求新能源,氢便是人们追求的一种理想的新能源。因为地球上有大量的水,它是人们取之不尽的氢原料。而且,氢的燃烧生成物是水,因此它是绝对干净无公害的能源。然而,真正要把氢作为燃料,还是一件艰苦的任务。因为地球上,并不存在可以直接利用的氢,而制造氢本身往往又要消耗能量。而且,取得这些能量也可能带来污染。因此能否开发出便宜的无污染的制造氢的方法,便成为能否用氢作为理想能源的关键。人类为此已经走了漫长的路程,最近开始露出曙光。
(1)寻求制氢方法的过程
你知道人们制取氢的方法有哪些?
人类制氢的历史可以追溯到200年前,那时发明了对铁、锌等金属加稀硫酸、稀盐酸等酸类以生产氢的过程。这一方法现在还在实验室使用,但没有工业生产的价值。最初工业规模生产氢的方法是分解粗汽油和天然气的方法,其产物氢也不是用做普通燃料,而是用于酒精提炼以及制造氨、酒精等工业产品。只是到了20世纪70年代,出现石油危机时,人们才想到把氢作为能源。因此,从水中分离出氢这一主要的制氢方法才受到人们的注意。
普通的水电解法要使用KOH等碱性物质作为电解质加入水中,使水导电才能电解。用此方法制氢,需要消耗大量的电能。而用火力发电的方法同样造成污染,而且还要占用大量生产用地。因此开发了利用固体的高分子电解质水解技术。由于它所用的离子交换膜可以重叠到上千层,因此占地面积大为缩小,但要日产1 200吨氢,仍要占地一万多平米。
此外,还开发了利用煤粉同氧作为完全反应以生产CO,再用CO同水蒸气反应生成氢的方法。但是,这种方法以煤为原料,煤本身就是不可再生的化石燃料,何况对生成的氢还要花巨资来脱硫。显然不能用它来生产氢以作为普通燃料。
最近,还开发了利用核反应堆作为热源的热化学来分解水以制造氢的技术。若单纯靠加热使水分解,需要2 500 ℃高温。若用触媒也要950 ℃。提供这样的高温,世界上任何一个核反应堆都未实现过,其安全性也另人担心,何况核废料的处理也是麻烦问题,同干净能源正好背道而驰。
经历了长期的艰辛寻找后,最近找到了用人工光合成方法使用水制造氢的技术,它以太阳作为能源,以水作为燃料,实现了人类追求理想能源的目标:一可取之不尽、用之不竭;二绝对干净,不污染环境。
(2)人工光合成取得的突破
人工光合成是日本莰次大学金子正夫教授开发出来的制氢新技术,它模拟植物的光合作用。植物用根吸收水,利用阳光将其分解为氢和氧,再用氢同空气中的CO2合成碳水化合物,这便是植物的光合作用的基本过程。模仿自然界这一能量循环过程,但只要其中取出氢的一部分(光反应),而不要氢同二氧化碳起反应的部分,这便是人工光合制氢的基本思路。
这一过程分为两个阶段:首先,分解水取出其中的电子;其次利用太阳能,提高电子能量,使其同水分解产生的氢离子起光合作用以获得氢。结果和水的电解一样,也能从水中夺得氢,只不过这时不用电能而用太阳能。
人工光合成制氢面对两个难题:一是如何从两个水分子中取出四个电子,同时生成一个氧气分子和四个氢离子。通常工业中的化学反应只取出一个电子,只为一电子反应。就是铅蓄电池为代表的反应,也只是二电子反应。而一下子取出四个电子的四电子反应是很难的。对植物来说,由于存在能促使发生这种反应的蛋白质,所以,进行四电子反应的光合作用并不难。然而,要用合成化学的方法实现它却是困难重重。因此,解决这一难题的焦点是寻找能促使这一反应的触媒。
经过调查,觉得应从络合物取得突破,而且觉得应从具有两个以上的金属离子的多核络合物取得突破。因为,要同四个电子起反应,需要至少两个金属离子。因此,采用“四二吡啶次μ·氧铬·次锰”这样的触媒活性物质。偶尔一次把过多的络合物倒入水中,居然出现了奇迹,分解出了氧,说明已起到了分解水的触媒作用。
研究表明,因为这种络合物只有取出两个电子的能力,所以,无法促使生物电子反应。而倒入大量络合物时,由于不能完全溶解,一部分络合物成固体存在于水溶液中,使某些部分浓度较高,因而,一下子能够夺取四个电子。这说明,不是水溶液,而是固体状态下的络合物才容易呈现触媒活性,这可以说是一大发现。
技术上的第二个难题是如何使光能刺激的电子同氢离子结合为氢。因为光刺激反应过程非常快,反应速度以飞秒(10-15 s)计,而且,一瞬间,电子便要返回低能状态。可是,使水分解成氢离子和氧的过程很慢,以毫秒计,二者相差一万亿倍。如何使这样差别极大的过程衔接起来,并非易事。植物由叶绿素来完成这一作用。在人工光合成中,最后找到顶替高分子隔膜的硫化镉半导体来完成这一作用。这样,便可在光照条件下,进行两个过程衔接起来的人工光合成的实验。虽然,在实验单元的电极表面获得微量的氢,按制出的氧和氢来计算,光能的利用效率为15%~10%。因为实验用人工光,如改用自然光,效率还会大大降低。但是,无论如何,它已证明了能够用近似于植物的方式人工光合方法制氢,这是了不起的突破。为人类利用氢作为理想能源跨出了第一步。现在人们希望能够在本世纪内建立较完善的这种制氢的系统。
F. 什么是水电解制氢
水电解制氢是目前应用较广并且比较成熟的制氢方法之一。用水作原料制氢的过程实际上是氢与氧燃烧生成水的逆过程,因此只要提供一定形式的能量,就可以使水分解。利用电能使水分解生产氢气的效率一般在75%~85%,这种制氢方法工艺过程比较简单,也没有污染,但是要消耗很多电,一般每立方米氢气耗电4~5.5度,因此从节约能源方面考虑,这种制氢方法受到一定的限制。
目前水电解的工艺、设备均在不断地改进:对电解反应器电极材料的改进,以往电解质一般采用强碱性电解液,近年开发采用固体高分子离子交换膜为电解质,且此种隔膜又起到电解池阴阳极的隔膜作用;在电解工艺上采用高温高压参数以利反应进行等。
目前,我国有很多各种规模的水电解制氢装置,但均为小型电解制氢设备,其目的都是制得氢气做原料而不是作为能源。对于电解反应中的电极过程、电极材料等方面的课题,南开大学、首都师范大学等单位均曾开展过研究,随着氢能应用的逐步扩大,水电解制氢方法必将得到发展。
以水为原料的热化学循环分解水制氢方法,避免了水直接热分解所需要的高温且可降低电耗,受到人们的重视。该方法是在水反应系统中加入一中间物,经历不同的反应阶段,最终将水分解为氢和氧,中间物不消耗,各阶段反应温度都较低。
近些年,国际上已经先后研究开发了20多种热化学循环法,有的已进入中试阶段。我国水力资源丰富,利用水力发电电解水制氢有一定的发展前景。
G. 目前工业上电解水制氢用的碱性离子交换膜主要有哪些
我以前的工作单位就是使用这种原理制液碱,氢气,氧气的;用的是日本进口(株式会社)阴阳极离子交换膜,价位在1-2万人民币之间一张,这种进口膜的使用还是很普遍的,另外中化旗下的蓝星似乎也有这类产品,
H. 该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧
①电解时,来阳极上失自电子发生氧化反应,溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力,所以阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气4OH--4e-=2H2O+O2↑;阳极氢氧根离子放电,因此硫酸根离子向阳极移动,阴极氢离子放电,因此钠离子向阴极移动,所以通过相同电量时,通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数.
故答案为:4OH--4e-=2H2O+O2↑;<.
②氢氧化钾在阴极生成,所以在D口导出;氧气在阳极生成,且氧气是气体,所以从B口导出.
故答案为:D,B.
③通电开始后,阴极上氢离子放电生成氢气,氢离子来自于水,所以促进水的电离,导致溶液中氢氧根离子的浓度大于氢离子的浓度,所以溶液的PH值增大.
故答案为:H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大.
④燃料原电池中,燃料在负极上失电子发生氧化反应,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,该燃料原电池中,氧气是氧化剂,所以氧气在正极上得电子和水反应生成氢氧根离子,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-.
故答案为:O2+2H2O+4e-=4OH-.