碳质吸附剂吸附储氢的研究现状

论述了活性炭、碳纳米纤维、碳纳米管吸附储氢的研究历程，从实验、理论研究两个方面总结了前人的研究成果：活性炭在低温下有好的吸附储氢特性，但在室温条件下的结果却不令人满意；碳纳米管和碳纳米纤维的实验结果令人振奋，但众多的实验结果并不一致；碳纳米材料的制备技术和净化技术还仅处在实验规模的阶段；蒙特卡罗、密度泛函等方法是常用的计算机模拟技术，但目前它们只是考虑了理想的物理模型，没有考虑碳纳米管表面的一些不规则现象；碳质吸附剂吸附储氢从理论到应用还有一段距离。     

碳材料吸附储氢技术

主要介绍了碳材料的吸附储氢性能,结构特点及研究动向。     

多壁碳纳米管吸附储氢性能的研究

采用容量法研究温度在273～300K范围内,压力升高到10MPa时多壁碳纳米管的吸附储氢性能.采用SEM、 TEM和低温N2吸附对碳纳米管的微观结构进行表征.结果发现,在相同压力下吸附量随温度的增加而降低,表明碳纳米管的吸附主要是物理吸附.采用Clausius-Clapeyron方程解析了氢气在碳纳米管上的等量吸附热,平均值为9.1kJ/mol.     

车用吸附储氢系统的多尺度模拟

以车用吸附储氢系统为研究对象,根据能量守恒、质量守恒等基本原理,以D-A吸附方程、气体状态方程等热力学模型为基础,利用动态系统仿真工具Simulink、Comsol分别从系统、宏观等多种尺度建立了302K、10MPa条件下的车用储氢系统模型.对活性炭吸附储氢的充放气过程进行模拟,研究系统内压力、温度和吸附量的变化,并编...     

燃料电池车车载储氢系统的技术发展与应用现状

综述了燃料电池车车载储氢系统技术，包括高压氢、液氢、金属氢化物、低温吸附、纳米碳管高压吸附以及液体有机氢化物等的研究进展及其车载应用现状。参照燃料电池车对车载储氢系统单位重量储氢密度与体积储氢密度的目标要求，对目前已应用和处于研发阶段的一些储氢技术的性能指标和存在问题进行了分析讨论。同时对目前该领域的若干新的研究报道，如超高压轻质复合容器、混合储氢容器、b.c．c．储氢合金、超级活性碳和“浆液”双相储氢等，也作了简要介绍。     

不同直径多壁碳纳米管对其储氢性能的影响

研究了不同直径的多壁碳纳米管对其吸附储氢的影响。其中的碳纳米管以Fe/SiO2粉状物作催化剂分别在600、700、800℃下用化学沉积法制备。结果发现,碳纳米管粗样品储氢量很少,而纯化后的样品的储氢量有了明显的提高。同时碳纳米管的储氢量与其直径存有一定的比例关系,这表明碳纳米管的直径对储氢量产生很大的影响。     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗碳化性能研究

为研究纳米粒子掺量和种类、PVA纤维掺量对水泥基复合材料抗碳化性能的影响,通过碳化试验测得各组水泥基复合材料碳化试件的碳化深度。纳米粒子的质量掺量分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%,纳米粒子种类为纳米SiO_2和纳米CaCO_3,PVA纤维的体积掺量分别为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%。研究结果表明,纳米SiO_2可以显著提高PVA纤维增强水泥基复合材料抗碳化性能,且在纳米SiO_2掺量低于2.5%时,抗碳化性能随着纳米SiO_2掺量的增加不断增强;PVA纤维可明显提高纳米水泥基复合材料的抗碳化性能,当纤维体积掺量不大于1.2%时,纤维体积掺量较大的纳米水泥基复合材料具有较高的抗碳化性能;纳米CaCO_3与纳米SiO_2均能提高水泥基复合材料的抗碳化性能,纳米SiO_2的提高效果略优于纳米CaCO_3。研究结果为纳米粒子和PVA纤维在水泥基复合材料中的应用提供指导。     

PVA纤维对纳米水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响

为研究PVA纤维掺量对掺纳米SiO_2水泥基复合材料抗拉性能的影响,通过单轴拉伸试验测得了试件的极限拉伸应变和极限拉伸应力,并得到了试件应力—应变关系曲线。纳米SiO_2的质量掺量为2%,PVA纤维采用五种体积掺量(0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)。结果表明,PVA纤维的掺加增大了纳米水泥基复合材料单轴拉伸试件的极限拉应变和极限拉应力。当PVA纤维体积掺量不大于1.5%时,随PVA纤维掺量的增大,试件极限拉应变逐渐增大,极限拉应力先增大后减小。当PVA纤维体积掺量分别为1.5%、1.2%时,试件极限拉应变和极限拉应力分别达到最大值;PVA纤维水泥基复合材料中掺加2%纳米SiO_2后,整体上提高了试件的极限拉应力,但试件极限拉应变变化不明显,纳米SiO_2使PVA纤维增强水泥基复合材料的抗拉伸性能得到了进一步提高。研究成果可为工程应用提供指导。     

活性炭纤维吸附汞的量子化学研究

构建四碳环模型结构作为活性炭纤维的基本模型框架,采用量子化学密度泛函理论B3LYP方法在lanl2dz基组水平上研究了活性炭纤维表面对汞的微观吸附机理,讨论了该簇模型在羰基、内酯、羧基和酚羟基官能团下对汞的吸附作用.结果表明:与单纯的活性炭纤维相比,羰基、内酯、羧基官能团的存在能够促进对单质汞的吸附,使其更倾向于化学吸附;而酚羟基对汞的吸附起不到促进作用.试验结果与理论计算结果一致,表明量子化学的理论计算是研究汞吸附机理的一种有效方法.     

纳米流体太阳集热器的光热性能研究

采用直流碳弧法制备了平均粒径为25nm的碳包铜纳米颗粒,包覆的碳层有效避免了周围环境对铜纳米粒子的影响.采用超声波振荡和添加分散剂的方法,将碳包铜纳米颗粒均匀稳定的分散在体积比为1:1的乙二醇水溶液中,获得了用于直接吸收式太阳集热器的循环工质-碳包铜纳米流体.通过闷晒实验,研究了碳包铜纳米流体的光热转换性能;通过对集热器热效率的测试,研究了碳包铜纳米流体太阳集热器的热性能,结果表明:添加纳米颗粒后,碳包铜纳米流体的光热转换性能明显优于基液和涂有黑漆的铜管表面.直接吸收式的碳包铜纳米流体太阳集热器显著提高了集热器的集热效率,实验中的最高集热效率可达74.688%,比传统平板型集热器的集热效率提高了近10%.     

氢在单壁碳纳米管中吸附的计算机模拟

采用巨正则系综蒙特卡罗(Grand Canonical Ensemble Monte Carlo，GCEMC)方法模拟了不同结构参数(管径和管间距)的单壁碳纳米管在不同操作工况(温度和压力)下的吸附储氢性能。由计算结果发现，在不同管间距的情况下，不同的管径对吸附性能的影响不同：在管间距较小的情况下，吸附储氢重量百分比和体积百分比均随管径的增大而增大；在管间距较大的情况下，吸附储氢的体积百分比却随管径的增大而减小。在不同的操作工况下，存在一个最优的管间距，能使吸附储氢的体积百分比达到最大值。通过模拟，得到77K下最接近DOE能量密度标准的碳纳米管结构参数和操作工况。     

天然气和氢气吸附储存吸附热研究现状

吸附热效应是天然气—氢气吸附储存投入工程应用的又一大障碍，吸脱附过程当中的放热、吸热现象极大地降低了吸附系统的动态储存量。在常温快速充气时，床层有较大的温升；在常温快速脱附时，床层中心的温度大幅度下降，极大的增加了甲烷残存量。该文综述了前人针对吸附热问题在实验上的研究，总结了前人提出的各种吸附热问题的解决方案，并对新的研究方向进行了探索。     

修正切线法在碳纳米管储氢测量中的应用

切线法是以高压天平测量测量样品储氢量的一种方法，本文对该方法进行了改良，并用修正切线法对定向碳纳米管的储氢量进行了计算，并与切线法以及氦气基准法进行了数据对比。     

氢在碳纳米材料中吸附的实验研究

按照容积法的原理建立了用于氢气吸附储存研究的吸附等温线测量的实验装置，从实验和理论的角度分析了本实验装置的精度和误差，用实验的方法验证了理想气体状态方程、RK状态方程以及MBWR方程描述实际气体的适用性。本文还测量了经三种不同后处理方式所得到的碳纳米纤维在298K下的吸附等温线，实验结果低于Rzepka的分子模拟计算结果。实验证明，利用MBWR方程描述实际气体和实验结果符合最好，本实验装置适合用于准确确定氢在碳纳米材料中的吸附储存量。     

低压吸附贮存氢气作汽车燃料的研究与开发

对低压吸附贮氢用作汽车燃料的研究和开发工作进行了综述，并对该技术的工业化问题进行了讨论。     

碳纳米管的球磨处理及其对储氢性能的影响

采用电子显微镜分析技术研究了碳纳米管经过不同时间和不同方式机械球磨处理后其微观组织和结构的变化，并探讨了球磨对碳纳米管储氢性能的影响。研究结果表明，机械球磨可以截断碳管，碳管长度从原来的微米级降到几十到几百纳米；同时碳管端口打开，缺陷增多，表面积增大。在球磨的碳管中加入纳米级MgO，可使球磨效果更显著。球磨2h处理的碳纳米管的储氢量是未球磨碳纳米管储氢量的2倍以上，达到0.44wt％。而加入MgO球磨1h后，其储氢量达到0．81wt％。     

活性炭吸附储存H2的研究

通过几种储氢方式的对比,论证了以活性炭作为吸附剂储存H_2的可行性;着重阐述了影响H_2吸附储存的因素,即活性炭的比表面积、活性炭的微孔容积和活性炭表面含氧官能团对H_2吸附储存量的重要影响。综述了活性炭吸附储存H_2的研究,同时概括了H_2吸附储存的理论研究并展望今后发展及研究的方向。