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实用又环保!美国新型催化剂使制氢过程中CO排放接近零

实用又环保!美国新型催化剂使制氢过程中CO排放接近零

所属分类:公司新闻
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发布时间: 2018/11/21 19:33

尽管氢气在大气中无所不在,但制造并收集分子氢用于交通运输和工业领域的成本非常高。美国杜克大学的工程师在制氢反应中使用了新催化剂,这种新型催化剂能使制氢过程中的一氧化碳排放接近于零,而且也让制作过程也变得更加简单。

美国杜克大学的工程师在制氢反应中使用了新催化剂。结果表明,新方法能在产生氢气的同时将一氧化碳(CO)的浓度降低到接近零,而且进行新反应所需的温度也比传统方法低,因此更实用。研究发表在《催化学报》上。

1尽管氢气在大气中无所不在,但制造并收集分子氢用于交通运输和工业领域的成本非常高,过程也相当复杂。目前大多数制氢方法会产生对人和动物有毒的一氧化碳。
最新的一种制造可再生能源的方法,是使用从生物质中提取的以乙醇为基础的原材料,比如甲醇。当甲醇用蒸汽处理后,会产生一种可用于燃料电池的富含氢气的混合物。该研究论文的第一作者、杜克大学工程学院机械工程和材料学助理教授尼克·霍特兹说:“这一方法的主要问题也是会产生一氧化碳,而且少量一氧化碳很快就能破坏对燃料电池性能至关重要的电池膜上的催化剂。”
霍特兹实验室的研究生提提雷约·索迪亚表示:“现在,人人都希望能用可持续且污染尽可能少的方法制造出有用的能源以取代化石燃料。我们的最终目的是制造出供燃料电池使用的氢。与传统方法使用金纳米粒子作为唯一的催化剂不同,我们的新反应使用金和氧化铁纳米粒子的组合作为催化剂。新方法可以持续不断地制造出氢气,产生的一氧化碳浓度仅为0.002%,而副产品是二氧化碳和水。”
索迪亚解释道:“人们一直认为,氧化铁纳米粒子仅仅是盛放金纳米粒子的‘容器’,金纳米粒子才为反应负责。但我们发现,增加氧化铁的表面积可以显著增加金纳米粒子的催化活性。”
研究人员让新反应进行了200多个小时,发现催化剂减少富含氢气的混合气体内一氧化碳数量的能力并未下降。  
索迪亚承认:“目前,我们还不知道新反应内含的机制是什么。尽管金纳米粒子的大小对反应来说非常关键,但未来的研究应专注于氧化铁粒子在化学反应中的作用。”

一氧化碳污染物对人体的危害
一氧化碳(co)是 一种对血液,与神经系统毒性很强的污染物.,空气中的一氧化碳(co),通过呼吸系统,进入人体血液内,与血液中的血红蛋白(hemoglobin,hb)。肌肉中的肌红蛋白。含二价铁的呼吸酶结合,形成可逆性的结合物。

1一氧化碳与血红蛋白的结合,不仅降低血球携带氧的能力,而且还抑制,延缓氧血红蛋白(o2hb)的解析与释放,导致机体组织因缺氧而坏死,严重者则可能危及人的生命。
正常情况下,经过呼吸系统进入血液的氧,将与血红蛋白(hb)结合,形成氧血红蛋白(o2hb)被输送到机体的各个器官与组织,参与正常的新陈代谢活动。比如果空气中的一氧化碳浓度过高,很多的一氧化碳将进入机体血液。 进入血液的一氧化碳,优先与血红蛋白(hb)结合,形成碳氧血红蛋白(cohb),一氧化碳与血红蛋白的结合力比氧与血红蛋白的结合力大2百-3百倍。 碳氧血红蛋白(cohb)的解离速度,只是氧血红蛋白(o2hb的1/36百。
一氧化碳对机体的危害程度,主要取决于空气中的一氧化碳 的浓度与机体吸收高浓度一氧化碳空气的时间长短。一氧化碳中毒者血液中的碳氧血红蛋白(cohb)的含量与空气中的一氧化碳的浓度成正比关系,中毒的严重程度则与血液中的碳氧血红蛋白(cohb)含量有直接关系。此外,机体内的血红蛋白(hb)的代谢过程,也能产生一氧化碳,形成内源性的碳氧血红蛋白(cohb)。正常机体内,一般碳氧血红蛋白(cohb)只占0.4-1.0%,贫血患者则会更高一些.

催化剂的实际用途

1在化工生产、科学家实验和生命活动中,催化剂都大显身手。例如,硫酸生产中要用五氧化二钒作催化剂。由氮气跟氢气合成氨气,要用以铁为主的多分组催化剂,提高反应速率。在炼油厂,催化剂更是少不了,选用不同的催化剂,就可以得到不同品质的汽油、煤油。化工合成酸性和碱性色可赛思催化剂。车尾气中含有害的一氧化碳和一氧化氮,利用铂等金属作催化剂可以迅速将二者转化为无害的二氧化碳和氮气。酶是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质,生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行,酿造业、制药业等都要用催化剂催作。
我们可在波兹曼分布(Boltzmann distribution)与能量关系图(energy profile diagram)中观察到,催化剂可使化学反应物在不改变的情形下,经由只需较少活化能(activation energy)的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下,分子不是无法完成化学反应,不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应。

发展中的新方法
化学键合法。此法现大量用于制造聚合催化剂。其目的是使均相催化剂固态化。能与过渡金属络合物化学键合的载体,表面有某些官能团(或经化学处理后接上官能团),如-X、-CH2X、-OH基团。将这类载体与膦、胂或胺反应,使之膦化、胂化或胺化,然后利用表面上磷、砷或氮原子的孤电子对与过渡金属络合物中心金属离子进行配位络合,即可制得化学键合的固相催化剂,如丙烯本体液相聚合用的载体──齐格勒-纳塔催化剂的制造。
纤维化法。用于含贵金属的载体催化剂的制造。如将硼硅酸盐拉制成玻璃纤维丝,用浓盐酸溶液腐蚀,变成多孔玻璃纤维载体,再用氯铂酸溶液浸渍,使其载以铂组分。根据实用情况,将纤维催化剂压制成各种形状和所需的紧密程度,如用于汽车排气氧化的催化剂,可压紧在一个短的圆管内。如果不是氧化过程,也可用碳纤维。纤维催化剂的制造工艺较复杂,成本高。

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