导读:本文包含了电化学氢泵论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:生物质,一步加氢酯化,电化学氢泵反应器,质子交换膜
电化学氢泵论文文献综述
宋雪[1]（2018）在《电化学氢泵反应器用于酮酸一步加氢酯化》一文中研究指出生物质相比于现在普遍使用的化石燃料,储量丰富而且环境友好,有广阔发展前景。但其中的酸性和不饱和物质导致生物油品质和稳定性不高,而对生物油进行加氢和酯化可以解决这一问题。醛酮与酸的一步加氢酯化反应可以实现加氢和酯化同时进行,降低了反应设备的复杂性和能耗。电化学氢泵反应器是一种新兴的加氢反应器,通过电化学原位产生催化剂吸附氢实现加氢反应常压进行,同时易于实现不同过程的高效耦合。本文采用生物质中大量含有的丁酮和乙酸作为模型化合物,在电化学氢泵反应器中进行一步加氢酯化反应,生成仲丁醇和乙酸仲丁酯。首先通过聚苯并咪唑(PBI)膜与Nafion115膜进行对比实验,优选适宜于有机反应液体系的质子交换膜。实验结果表明,相同反应条件下,虽然PBI膜耐溶胀,但质子传导率较低,因此PBI-电化学氢泵反应器的加氢性能仅约为Nafion115-电化学氢泵反应器的45%,因此采用Nafion115膜进行研究。进而,对一步加氢酯化反应的操作参数进行了优化。40℃为反应的最适温度,在实验选择的较小电流密度范围内,不同电流密度下丁酮乙酸一步加氢酯化反应的电流效率稳定在约90%。随着反应时间的延长,由于产物抑制,电化学氢泵反应器的性能有所下降。当乙酸相对于加氢产物仲丁醇的比例在摩尔比10:1之内时,增加乙酸用量有利于反应的进行。最后,研究了电化学氢泵中的过程耦合对加氢和酯化反应的强化作用。由于一步加氢酯化反应中加氢产物仲丁醇被阴极反应液中的乙酸转化为乙酸仲丁酯,减少了其在反应液中的浓度,有效缓解了加氢反应的产物抑制,因此相对于丁酮加氢单反应,一步加氢酯化反应中的丁酮的加氢性能更高,电流效率约提高30%。同时,与固定反应物起始配比的酯化单反应相比,一步加氢酯化反应中溶液中加氢产物仲丁醇逐渐生成,提高了酯化反应中的乙酸过量程度,因而提高其转化率,强化了酯化反应。(本文来源于《大连理工大学》期刊2018-06-06）
刘释水[2]（2017）在《电化学氢泵马来酸加氢产物催化层传质强化》一文中研究指出生物质燃料是与化石燃料组成相近的液体燃料,环境友好、可再生,被视为替代化石能源的最佳选择之一。但是生物质油的低热值、低稳定性、组成复杂等缺点,必须经过加氢精制才能转化为清洁、高能量密度的生物质燃料。传统的生物质油加氢精制采用叁相反应器,需要在高氢分压以及高温条件下进行。电化学氢泵反应器通过外加电压,在阴极催化剂表面原位生成吸附态氢原子,能够在常温常压条件下实现高速率的生物质加氢过程。但其催化层的微孔结构限制了加氢产物的向外传质,使电化学氢泵反应器加氢过程中出现严重的产物抑制现象,亟待解决。本文以马来酸作为生物质油模型化合物,提出将乙醇作为竞争吸附剂,减弱了马来酸加氢过程中出现的产物抑制现象,将10 h平均反应速率提高了46.1%。并且进一步探究了不同乙醇浓度、马来酸浓度、电流密度、温度条件下,乙醇对电化学氢泵加氢性能的影响。添加少量乙醇就可以将电化学泵反应器加氢转化率、反应速率以及电流效率提高18.3%。并且添加乙醇后,电化学氢泵反应更适合在大电流条件下操作,在电流密度为132.3 mA cm-2时,电化学氢泵反应器的转化率、反应速率以及电流效率提高了83.1%。进而,通过对电化学氢泵反应器薄层膜电极结构与性质的分析,马来酸及其加氢产物琥珀酸的吸附实验,发现相对于原料马来酸,产物琥珀酸与催化层中的碳载体表面有较强的吸附作用,是加氢前反应物马来酸的1.8倍。而这种吸附作用导致了产物琥珀酸在催化层微孔中的扩散减慢,造成了产物琥珀酸在催化层中的积累。而乙醇对碳载体表面的亲附作用远强于琥珀酸,优先吸附在碳载体表面,减弱琥珀酸与碳载体表面的相互作用,促进产物的扩散过程,使产物抑制现象明显缓解。基于上述乙醇竞争吸附减弱产物抑制的机理,提出考虑产物在催化层中传质的马来酸加氢动力学模型。通过引入Langmiur等温吸附方程以及加氢逆反应过程,将碳载体颗粒吸附作用以及乙醇浓度对催化层琥珀酸浓度的影响纳入模型中。模型与实验数据进行拟合对比,R2大于0.9,验证了模型的可靠性以及乙醇竞争吸附促进产物催化层传质机理的有效性,并对模型中参数进行了分析,为电化学氢泵反应器催化层的设计以及竞争吸附剂的选取提供了新思路。(本文来源于《大连理工大学》期刊2017-06-13）
黄诗琪[3]（2016）在《脱氢与加氢耦合的电化学氢泵双反应过程研究》一文中研究指出近年来,生物质作为可持续能源受到广泛关注,越来越多的研究集中于其提质流程中的加氢过程。而电化学氢泵反应器具有在阴极催化剂表面生成原位吸附氢的特殊结构,可使加氢过程在常温常压下进行,避免了传统加氢反应器中高温高压操作带来的一系列设备和操作复杂性。但是目前电化学氢泵加氢反应器的氢源为纯氢或水,纯氢高昂的价格和水电解的巨大电能消耗,阻碍电化学氢泵加氢反应器的进一步发展。本文提出脱氢与加氢耦合的电化学氢泵双反应器解决上述难题,即利用电化学氢泵反应器中质子交换膜的分隔作用,使脱氢反应与加氢反应同时在阳、阴极进行且互不影响,阳极有机物脱氢产生的H+通过质子交换膜传递至阴极催化剂表面,直接供给阴极加氢。与水做氢源相比,有机物具有较低的电化学窗口,可降低脱氢电势和供氢能源成本；脱氢与加氢在同一反应器中完成,提升了反应器的整体效率、降低设备成本。基于电化学氢泵双反应器的设想,本文尝试了异丙醇-苯酚双反应器。阳极异丙醇在常用阳极催化剂Pt催化下脱氢生成氢气和丙酮,通过改进实验条件使脱氢电势稳定在0.85 V。并考察了生物质模型化合物苯酚在电化学氢泵反应器的加氢反应,环已醇选择性可达95.4%,加氢速率达到17.0 nmol cm-2 s-1。在此基础上,成功运行Pt-Nafion-Pt异丙醇-苯酚双反应器,阴极苯酚加氢反应速率9.7 nmol cm-2 s-1,阳极电势约为0.9 V。进而,本文针对上述反应器存在阳极过电势高,环已酮产率低的问题进一步改进。阳极通过使用PtRu催化剂,增大催化剂担载量,脉冲电流以及操作条件优化,将异丙醇脱氢电势进一步降低至0.2 V,并可长时间稳定运行,仅为同条件下水脱氢电势的1-10。同时以苯酚加氢得到更多环已酮为目标,改用Pd催化剂并进行进一步优化,优选扩散层、催化剂担载量、操作条件等,其在80℃时,催化加氢生成环已酮速率达11.0 nmolcm-2 s-1,高于文献报道的Pd-C催化的叁相反应速率。并成功运行PtRu-Nafion-Pt/Pd异丙醇-苯酚双反应器,其中PtRu-Nafion-Pt反应器阴极加氢速率达到19.3 nmol cm-2 s-1,阳极电势可稳定在0.2 V,证明双反应器的可行性和精确控制反应的优势。针对前文阴极苯酚渗透导致脱氢电势升高问题,探究了另一种生物质模型化合物乙酰丙酸在电化学氢泵阴极的加氢反应,实验表明PtRu催化乙酰丙酸加氢的活性高于Pt。乙二醇作为阳极反应物,其相比异丙醇,可提供较高的电流密度,80℃可达到130 mAcm-2。并进一步成功运行PtRu-Nafion-Pt/PtRu乙二醇-乙酰丙酸双反应器,其阴极加氢反应速率均高于单独氢泵反应器的加氢速率,整个过程中电压持续稳定在0.5 V。(本文来源于《大连理工大学》期刊2016-06-12）
王涛[4]（2015）在《电化学氢泵反应器用于生物质基酮加氢的研究》一文中研究指出电化学氢泵是在质子交换膜燃料电池基础上发展起来的一种新技术,用来进行氢气纯化时,具有氢气纯度高、能量利用率高和操作简单等优点。由于阴极可以生成原位氢,电化学氢泵也可以作为加氢反应器,从根本上消除了传统非均相加氢时氢气在不同相态间的传质阻力,避免其引起的高压、高能耗和设备复杂性,使加氢在常压下进行。首先,采用电化学氢泵反应器实现了丁酮的原位加氢,选择性为100%,并对膜电极组件(Membrane Electrode Assembly, MEA)进行了优化。Pt的加氢活性是Pd的2.4倍,最大加氢速率高达155 mmol gpt-1 min-1,远高于传统高压加氢的结果(1.2 mmol gPt-1 min-1)。同时,气体扩散电极(GDE)-MEA的加氢性能优于催化剂涂覆膜(CCM)-MEA。 Nafion/PTFE-氢泵反应器的加氢速率高于Nafion115-氢泵反应器,但加氢稳定性较差。由于Nafion膜在有机物溶液中溶胀度较高,而且有机物渗透严重,本文提出用磺化二氮杂萘聚芳醚砜酮(SPPESK)膜替代Nafion膜进行电化学氢泵反应器丁酮加氢。尽管SPPESK膜的质子传导率远低于Nafion115,但SPPESK和Nafion115-氢泵反应器的丁酮加氢速率相当,表明PEM的欧姆阻力并不是丁酮加氢反应的速率控制步骤。由于SPPESK膜具有更好的耐原料丁酮和产物仲丁醇溶胀性以及较低的渗氢电流(0.38 mAcm-2),当较高温度(>40℃)和丁酮浓度(>].0 M)时,SPPESK-氢泵反应器加氢稳定性高于Nafion-氢泵反应器。同时,SPPESK膜具有出色的阻醇性能(仲丁醇渗透率为Nafion115的1/8)。以往加氢反应的氢源通常为纯氢或水,但制氢成本高、工艺复杂,而且电解水能耗较高。本文提出含氢混合气(H2/CO2和H2/N2)作为阳极进料提供氢源,实现了氢气分离与丁酮加氢在电化学氢泵中的耦合,更加经济。Nafion-氢泵反应器的加氢速率随CO2含量的增加逐渐下降,可能是因为阳极室的CO2渗透到阴极催化剂层导致稀释和毒化效应,通过H2/N2混合气实验得到了进一步验证。SPPESK-氢泵反应器的加氢速率随混合气中CO：含量的升高几乎保持恒定,这是因为SPPESK膜具有更优异的阻CO2性能。为了进一步研究SPPESK-氢泵反应器生物质基酮加氢的普适性,除了低沸点丁酮,还进行了高沸点2-庚酮的加氢反应研究。2-庚酮加氢选择性为100%,2-庚醇为唯一的产物。与丁酮的传质方式不同(气态形式),2-庚酮以液态形式透过扩散层,正癸烷作为溶剂时加氢速率是环己烷的6.9倍(40℃)。同时,SPPESK-氢泵反应器的加氢性能优于其他PEM-氢泵反应器,低温、高电流密度和较高的浓度有利于2-庚酮的加氢。(本文来源于《大连理工大学》期刊2015-06-01）
夏体锐,杨洪广,何长水,杨丽玲,赵崴巍[5]（2013）在《CaZr_(0.9)In_(0.1)O_(3-α)高温质子导体陶瓷管电化学氢泵的氢气提取性能》一文中研究指出高温质子导体陶瓷(HTPC)电化学氢泵是一种使用陶瓷质子导体的纯化回收扩散器,其驱动力是电势差,不仅能从低压侧有选择性地提取氢同位素并输运至高压侧,还能从水汽分子、甲烷分子中提取氢同位素,有望应用于微量氢(同位素)系统的氚纯化回收。本文开展了CaZr0.9InO3-α质子导体陶瓷管(外径20 mm,内径17 mm长度500 mm,涂覆Pt电极,有效阴极表面积160 cm2)在He中0.12%H2氢泵特性以及6 112.9 ppm水汽电解的实验。研究表明,在1 023 K、1.15 V、100 mL/min(本文来源于《中国原子能科学研究院年报》期刊2013年00期）
夏体锐,杨洪广,何长水,杨丽玲,赵崴巍[6]（2014）在《CaZr_(0.9)In_(0.1)O_(3-α)高温质子导体陶瓷管电化学氢泵的氢气提取性能》一文中研究指出高温质子导体陶瓷(HTPC)电化学氢泵是一种使用陶瓷质子导体的纯化回收扩散器,其驱动力是电势差,不仅能从低压侧有选择性地提取氢同位素并输运至高压侧,还能从水汽分子、甲烷分子中提取氢同位素,有望应用于微量氢(同位素)系统的氚纯化回收。本文开展了CaZr_(0.9)InO_(3-α)质子(本文来源于《中国原子能科学研究院年报 2013》期刊2014-06-01）
杨洋[7]（2012）在《基于质子交换膜的电化学氢泵的研究》一文中研究指出氢能是一种独特的二次能源，因其清洁、无污染的特点，越来越受到世界各国的重视。未来，除了氢的制备技术外，发展效率高、成本低、性能可靠以及可形成规模生产的氢气分离、提纯及压缩技术将会成为发展氢能经济的关键。电化学氢泵或称为电化学氢压缩机是一种新型的氢气分离提纯设备。它的结构类似于质子交换膜燃料电池，但采用电解模式，可以在阳极氧化氢气再在阴极还原氢气。电化学氢泵的最大优点是氢气的分离和压缩只需要一步就可以完成，且由于功耗只作用于透过膜层的氢分子，它需要的能耗非常少。本研究以本实验室较成熟的质子交换膜燃料电池技术为支持，采用新型热定型CCM-MEA工艺制备膜电极，并组装为电化学氢泵。研究了电化学氢泵的各项基本性能，并利用电化学氢泵成功从氢气、氮气混合气及氢气、二氧化碳混合气中分离出氢气。研究结果表明，提高操作温度可以提高电化学氢泵的能量效率及产氢纯度。提高阳极室压力可以提高电化学氢泵的能量效率，但会由于杂质的渗透增加，使回收氢气的纯度降低。在分离过程中，随混合气中氢气的百分比下降，阳极室内氢分子的浓度会下降，造成分离所需的工作电压升高，但对回收氢气的纯度影响很小。在电流密度300mA·cm~(-2)下，分离含氢百分比为50%的氢气、氮气混合气时，能耗最大仅为0.15kWh·Nm~(-3)，回收率可达到95%，回收氢气纯度≥98%。在分离氢气、二氧化碳混合气时，二氧化碳和氢气在Pt金催化剂的作用下会发生逆水煤气反应，生成一氧化碳，使催化剂中毒并导致分离电压逐渐升高。通过在阳极中添加少量氧气或空气可减轻一氧化碳的毒化作用，显着降低分离电压。合适的添加量更是可将分离电压降低40%~50%。同样，相同的方法也可以运用到含有一氧化碳的混合气体分离中。利用本装置，可从含氢量50%的氢气、二氧化碳混合气中分离出纯度达98%以上的氢气。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2012-01-04）
电化学氢泵论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
生物质燃料是与化石燃料组成相近的液体燃料,环境友好、可再生,被视为替代化石能源的最佳选择之一。但是生物质油的低热值、低稳定性、组成复杂等缺点,必须经过加氢精制才能转化为清洁、高能量密度的生物质燃料。传统的生物质油加氢精制采用叁相反应器,需要在高氢分压以及高温条件下进行。电化学氢泵反应器通过外加电压,在阴极催化剂表面原位生成吸附态氢原子,能够在常温常压条件下实现高速率的生物质加氢过程。但其催化层的微孔结构限制了加氢产物的向外传质,使电化学氢泵反应器加氢过程中出现严重的产物抑制现象,亟待解决。本文以马来酸作为生物质油模型化合物,提出将乙醇作为竞争吸附剂,减弱了马来酸加氢过程中出现的产物抑制现象,将10 h平均反应速率提高了46.1%。并且进一步探究了不同乙醇浓度、马来酸浓度、电流密度、温度条件下,乙醇对电化学氢泵加氢性能的影响。添加少量乙醇就可以将电化学泵反应器加氢转化率、反应速率以及电流效率提高18.3%。并且添加乙醇后,电化学氢泵反应更适合在大电流条件下操作,在电流密度为132.3 mA cm-2时,电化学氢泵反应器的转化率、反应速率以及电流效率提高了83.1%。进而,通过对电化学氢泵反应器薄层膜电极结构与性质的分析,马来酸及其加氢产物琥珀酸的吸附实验,发现相对于原料马来酸,产物琥珀酸与催化层中的碳载体表面有较强的吸附作用,是加氢前反应物马来酸的1.8倍。而这种吸附作用导致了产物琥珀酸在催化层微孔中的扩散减慢,造成了产物琥珀酸在催化层中的积累。而乙醇对碳载体表面的亲附作用远强于琥珀酸,优先吸附在碳载体表面,减弱琥珀酸与碳载体表面的相互作用,促进产物的扩散过程,使产物抑制现象明显缓解。基于上述乙醇竞争吸附减弱产物抑制的机理,提出考虑产物在催化层中传质的马来酸加氢动力学模型。通过引入Langmiur等温吸附方程以及加氢逆反应过程,将碳载体颗粒吸附作用以及乙醇浓度对催化层琥珀酸浓度的影响纳入模型中。模型与实验数据进行拟合对比,R2大于0.9,验证了模型的可靠性以及乙醇竞争吸附促进产物催化层传质机理的有效性,并对模型中参数进行了分析,为电化学氢泵反应器催化层的设计以及竞争吸附剂的选取提供了新思路。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
电化学氢泵论文参考文献
[1].宋雪.电化学氢泵反应器用于酮酸一步加氢酯化[D].大连理工大学.2018
[2].刘释水.电化学氢泵马来酸加氢产物催化层传质强化[D].大连理工大学.2017
[3].黄诗琪.脱氢与加氢耦合的电化学氢泵双反应过程研究[D].大连理工大学.2016
[4].王涛.电化学氢泵反应器用于生物质基酮加氢的研究[D].大连理工大学.2015
[5].夏体锐,杨洪广,何长水,杨丽玲,赵崴巍.CaZr_(0.9)In_(0.1)O_(3-α)高温质子导体陶瓷管电化学氢泵的氢气提取性能[J].中国原子能科学研究院年报.2013
[6].夏体锐,杨洪广,何长水,杨丽玲,赵崴巍.CaZr_(0.9)In_(0.1)O_(3-α)高温质子导体陶瓷管电化学氢泵的氢气提取性能[C].中国原子能科学研究院年报2013.2014
[7].杨洋.基于质子交换膜的电化学氢泵的研究[D].哈尔滨工程大学.2012