Способ получения высокочистого водорода

Пример.

Согласно термохимическому уравнению реакции окисления алюминия водой, при взаимодействии алюминия с водой выделяются тепло и молекулярный водород, то есть температура воды будет расти по мере выделения водорода. Следовательно, скорость роста температуры воды пропорциональна величине скорости выделения водорода. В тоже время, скорость тепловыделения  на границе раздела оксид-металл, согласно химической реакции будет равна:

Анализ полученного выражения показывает, что с повышением скорости и теплового эффекта реакции, а также с увеличением реакционного объема величина T_max растет, тогда как увеличение коэффициента теплоотдачи и поверхности теплоотвода снижают T_max. Температура окружающей среды Т₀ входит как аддитивная составляющая в значение T_max. Оценить максимально достигаемую температуру T_max можно по фазовому и химическому составу образующихся в объеме реагирующего слоя продуктов реакции.

Экспериментально показано, что с ростом температуры воды температура водорода, образующегося в зоне реакции повышается от 90 до 400°C. Образуется «горячий водород», имеющий высокую проникающую способность.

лабораторная установка для получения высокочистого водорода

Для проведения экспериментов была собрана лабораторная установка. На фиг.1 представлена схема установки: 1 - V-образная трубка-манометр; 2 - соединительные шланги; 3 - колбы Вюрца; 4 - термометр; 5 - трубка с пленкой сверхвысокомолекулярного полиэтилена; 6 - делительная воронка.

Был взят нанопорошок алюминия, полученный при помощи электрического взрыва проводника в среде газообразного аргона. Среднеповерхностный диаметр частиц - 120 нм, распределение частиц по диаметру - нормально-логарифмическое в интервале 80-500 нм, насыпная плотность - 0,22 г/см³ , содержание адсорбированных газов и воды - до 6% (мас.)

Компоненты гидрореагирующей смеси - порошок «АСД-1» крупностью 80 мкм, нанопорошок алюминия крупностью частиц 70÷120 нм, а также гранулированный гидроксид натрия крупностью 1,0÷2,5 мм в массовых соотношениях 70:26:4, при постоянном перемешивании одновременно добавляют в воду комнатной температуры (21÷23°C).

Молекулы воды и газообразна примесь CO₂ и другие примеси имеют гораздо больший диаметр и более низкую температуру, чем молекулярный водород, и поэтому не проникают через мембрану из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Попытки использования полиэтилена высокого давления (ПЭВД) не дали положительных результатов, так как обычный полиэтилен имеет низкую прочность при небольшом нагревании.

В результате реакции алюминия с водой происходит выделение водорода и рост температуры жидкости. На пороге температурного показателя 40°C и давления 1,3 атм. происходит плавное снижение давление, что свидетельствует о прохождении водорода через слой пленки. На фиг.2 представлена зависимость давления от температуры воды во время реакции нанопорошка алюминия с водой. Собранный в колбе водород отбирали в специальную емкость для проведения анализа. Результаты хроматографического анализа полученного исходного водорода и прошедшего водорода через мембрану из сверхвысокомолекулярного полиэтилена показали, что если исходный водород содержал 2,1 г/л (6,3%) H₂ O, <1×10^-5% CO₂, то после прохождения через мембрану содержание примесей суммарно составило <1×10 ^-6%. Измерения содержания газов проводилось в научно-аналитическом центре национального исследовательского Томского политехнического университета на масс-спектрометре TRACE DSQ.

зависимость давления от температуры воды во время реакции нанопорошка алюминия с водой.

Формула изобретения

Способ получения высокочистого водорода, включающий термохимическое окисление алюминия водой, отличающийся тем, что горячий водород, образующийся в результате реакции, пропускают через слой пленки сверхвысокомолекулярного полиэтилена при давлении 1 атм.

Имя изобретателя: Катушонок Сергей Геннадьевич (RU), Ильин Александр Петрович (RU)
Имя патентообладателя: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Почтовый адрес для переписки: 634050, г.Томск, пр-кт Ленина, 30, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, отдел правовой охраны результатов интеллектуальной деятельности
Дата начала отсчета действия патента: 23.04.2012

Разместил статью: admin
Дата публикации:  27-03-2014, 16:06

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Фомин Дмитрий Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!