从液体载体中提取氢气的新技术

在北卡罗莱纳州立大学在美国，科学家们提出了一种从液体载体中去除氢气的新方法，与以前的方法相比，这种方法更快、更经济、更节能。

氢被广泛认为是一种可持续的交通能源，但在它被视为现有技术的实际替代品之前，还需要克服一些技术障碍．采用氢经济的最大障碍之一是储存和运输的成本．

Milad Abolhasani，研究通讯作者，北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程副教授

氢燃料不会产生一氧化碳₂排放。此外，加氢站也可以设在现有的加油站。这充分利用了现有的基础设施。然而，运输氢气是危险的，所以氢气必须通过液体载体来运输。

这一策略的一个主要障碍是，在目的地(如加油站)从液体载体中提取氢气成本高且能源密集型。

先前的研究表明，光催化剂仅利用阳光就可以从液体载体中释放氢气．然而，现有的技术既费力又耗时，而且需要大量的铑——一种非常昂贵的金属．

Milad Abolhasani，研究通讯作者，北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程副教授

”我们开发了一种技术，应用可重复使用的光催化剂和阳光，更快地从液体载体中提取氢气，并使用更少的铑，使整个过程的成本显著降低．更重要的是，唯一的副产品是氢气和液体载体本身，它们可以重复使用。这是非常可持续的这篇论文的第一作者、前北卡罗来纳州立大学博士后研究员马雷克·易卜拉欣说。

新方法成功的一个主要因素是它是一个连续流反应器。反应堆与一个薄而透明的装满沙子的管子相匹配。“沙子”包括微米级的氧化钛颗粒，其中许多都涂有铑。

携带氢气的液体已被泵入管道的一端。镀有铑的粒子将排列在管子的外层，这样阳光就可以照射到它们。这些粒子是光反应催化剂，在阳光的存在下，它们倾向于与液体载体反应，以气体的形式释放氢分子。

科学家们精确地设计了这个系统，使得只有外层的氧化钛颗粒在铑的帮助下被涂覆，确保系统使用的铑不会超过必要的数量。

在传统的间歇式反应器中，99%的光催化剂是氧化钛，1%是铑．在我们的连续流反应器中，我们只需要使用0.025%的铑，这在最终的成本上有很大的不同。一克铑的价格超过500美元．

Milad Abolhasani，研究通讯作者，北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程副教授

在他们的原型反应堆中，研究人员可以在短短3小时内获得99%的产量——这意味着99%的氢分子从液体载体中释放出来。

易卜拉欣说:“这比传统的间歇式反应堆快8倍，后者需要24小时才能达到99%的产量．该系统应该易于扩大或扩大，以允许催化剂在商业规模上重复使用——你可以简单地延长管道或合并多个平行运行的管道。”

在效率下降之前，该系统可以连续运行长达72小时。此时，催化剂可以“再生”，而不需要从反应器中消除它。这是一个简单的清洁过程，大约需要6个小时。该系统还可以重新启动，使其以最高效率运行72小时。

北卡罗来纳州立大学已经为这项技术申请了临时专利。

期刊引用:

易卜拉欣，m.y.s.，等．(2022)液体有机载体在光催化填充床流动反应器中的连续室温氢释放。ChemSusChem．doi.org/10.1002/cssc.202200733．

来源:https://www.ncsu.edu/