过渡金属氮化物协同氨气制备氢气的实验设备及实验方法技术

过渡金属氮化物协同氨气制备氢气的实验设备，包括安装在一起的氨气瓶、质量流量计、红外线测温仪、气象色谱仪、等离子体电源设备、示波器、反应器；过渡金属氮化物协同氨气制备氢气实验设备的实验方法，包括六个步骤。本发明专利技术采用等离子体协同过渡金属氮化物，通过金属片介质阻挡放电装置产生低温等离子体，放电所产生的等离子体以及催化剂的共同作用下进行催化氨分解产生氢气，实验时成本较低，实验条件温和，便于操作，实验装置简单易于搭建；以氨气为储氢材料，产物无CO，NO等有毒气体，较为安全环保；过渡金属氮化物氮化钼在体系温度＜500℃的条件下，就能实现氨气到氢气的完全转化，降低了传统热催化的能耗。综上，本发明专利技术具有好的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
过渡金属氮化物协同氨气制备氢气的实验设备及实验方法


[0001]本专利技术涉及实验设备
，特别是一种过渡金属氮化物协同氨气制备氢气的实验设备及实验方法。

技术介绍

[0002]随着工业发展程度不断提升，人类对能源需求急剧增加，常规的化石燃料(石油、煤炭等)燃烧产生过量的二氧化碳导致全球气温上升、冰川融化、海平面上升，由此引起的全球气候剧变、作物减产、空气污染等严重的环境问题。并且上述能源不可再生，面临枯竭的危险。应对当下二氧化碳排放的空前压力，全球逐渐投向了“碳中和”式的发展，大力发展清洁可再生能源。其中氢能制取便利、高效环保，是一种理想的二次能源，能有效助力减碳和优化能源结构，是全球新能源转型的重大战略方向，势必迎来氢能开发和利用的快速发展。
[0003]应用氨气分解制备氢气，由于技术相对成熟，目前应用较多。氨气制备氢气中，需要采用热催化法对氨进行催化分解，进而得到氢气。现有的氨气催化剂采用的是铋合金材料(一克达到300元以上)等，贵金属催化剂裂解氨气制氢活性虽高，但价格昂贵，因此对氨气制备氢气技术造成制约。通过金属氮化物催化剂(具有成本低的优点)也可以将催化氨气分解，但由于所需反应温度较高达到＞600℃，因此，不利于实际应用。在教学、实验室，特别是工厂验证氨气制备氢气领域，为了减少先期投资，会搭建实验设备对氨气制备氢气进行验证。由于现有的验证系统，一般都是基于氨气通过贵金属催化剂或者金属氮化物催化剂制备氢气，所以验证存在局限性，提供一种能有效克服贵金属催化剂或者金属氮化物催化剂制备氢气验证(实验)系统，存在缺点的实验设备及实验方法显得尤为必要。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中，贵金属催化剂或者金属氮化物催化剂制备氢气验证(实验)系统，由于技术所限，存在如背景所述弊端，本专利技术提供以过渡金属氮化物(一克只有1元左右)为催化剂，采用介质阻挡放电装置产生低温等离子体以及催化剂的共同作用下对氨进行分解反应得到氢气，实验装置简单易于搭建，实验成本低，在常温常压下便可以进行实验、降低了传统热催化的能耗，实验条件温和、便于操作，为氨气制备氢气技术的推广及发展起到了有利技术支持的过渡金属氮化物协同氨气制备氢气的实验设备及实验方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]过渡金属氮化物协同氨气制备氢气的实验设备，其特征在于包括氨气瓶、质量流量计、红外线测温仪、气象色谱仪、等离子体电源设备、示波器、反应器；其特征在于，所述氨气瓶排气口和质量流量计的进气口连接，质量流量计的排气口和反应器的进气口连接；所述反应器的进气口侧绝缘安装有接线桩，接线桩的外侧端及反应器的低压电极、示波器的检测端口和等离子体电源设备的电源输出端分别电性连接；过渡金属氮化物协同氨气制备氢气实验设备的实验方法，包括如下步骤，步骤A：打开反应器的加料口往其内部加入过渡
金属氮化物催化剂，催化剂两边采用石英棉进行填充以防止催化剂被反应气体吹走；步骤B：使用具有延展性的金属片作为低压电极包覆在反应器的石英管催化剂填充区外壁；步骤C：用保温材料对反应器进行包裹以到达保温的作用，然后关闭反应器的加料口；步骤D：打开氨气瓶的阀门往反应器内通入氨气进行吹扫，排出废气体，时间＞20mins，将反应器及管道内的空气或其他气体排出，然后关闭阀门；步骤E：调节等离子体电源设备的输出电源电流，直到反应器内产生等离子放电现象，并通过示波器对放电的强弱状态进行观察，收集放电数据；步骤F：氨气在催化剂及等离子体电源作用下，常温条件下分解成氢气、氮气，过程中，分解后的氢气和氮气进入气相色谱仪进行定性定量分析，红外测温仪对反应区的温度进行检测。
[0007]进一步地，所述步骤B中，使用的金属片，是铝箔纸、铜箔纸、铜网中的一种或多种组合。
[0008]进一步地，所述步骤D中，氨气流量40～400ml/min；排出废气体时间为20mins
‑
50mins之间。
[0009]进一步地，所述步骤F中，氨气进入反应区，在金属片介质阻挡放电所产生的等离子体以及催化剂的共同作用下进行分解反应。
[0010]进一步地，所述过渡金属氮化物是Mo2N、W2N、TaN、NbN中的一种或两种以上组合。
[0011]进一步地，所述步骤F中，氨气分解为氮气和氢气化学方程式为2NH3＝N2+3H2，具体反应中，氨气分解生成氮气和氢气的反应是一个中等吸热反应，氨气在催化剂表面分解是一系列逐级脱氢过程，金属片介质阻挡放电等离子体是在常温常压下实现的,非常有效实现了氢气分子活化手段,使氨气分子激发、离解和电离,形成高能活化状态的反应氢气。
[0012]本专利技术有益效果是：本专利技术采用等离子体协同过渡金属氮化物，通过金属片介质阻挡放电装置产生低温等离子体，放电所产生的等离子体以及催化剂的共同作用下进行催化氨分解产生氢气。与已有技术相比较，具有以下优点：催化剂为过渡金属氮化物(每克低于一元)，使用时成本较低；在常温常压下便可以进行实验，实验条件温和，便于操作；采用金属片介质阻挡放电，实验装置简单易于搭建；以氨气为储氢材料，产物无CO，NO等有毒气体，较为安全环保；过渡金属氮化物氮化钼在体系温度＜500℃的条件下，就能实现氨气到氢气的完全转化，且无需外部加热，大幅降低了传统热催化的能耗。综上，本专利技术具有好的应用前景(可直接扩展为生产设备)。
附图说明
[0013]图1、是本专利技术使用的设备示意图。
[0014]图2是本专利技术反应示意图。
具体实施方式
[0015]图1所示，过渡金属氮化物协同氨气制备氢气的实验设备，包括氨气瓶、质量流量计、红外线测温仪、气象色谱仪、等离子体电源设备、示波器、反应器；所述氨气瓶排气口阀门经管道和质量流量计的进气口连接，质量流量计的排气口和反应器的进气口经管道连接；所述反应器的左端进气口侧有个绝缘安装的接线桩，接线桩内侧端位于反应器内，接线桩的外侧端及反应器的低压电极、示波器的检测端口和等离子体电源设备的两个电源输出
端分别电性连接。
[0016]图1、2所示，过渡金属氮化物协同氨气制备氢气实验设备的实验方法，包括如下步骤，步骤A：打开反应器的加料口往其内部加入过渡金属氮化物催化剂，催化剂两边采用石英棉进行填充以防止催化剂被反应气体吹走；步骤B：使用具有一定延展性的金属片作为低压电极包覆在反应器的石英管催化剂填充区外壁；步骤C：用保温材料对反应区(反应器)进行包裹以到达保温的作用，关闭反应器的加料口；步骤D：打开氨气瓶的阀门往反应器内通入氨气进行吹扫，过程中，排出废气体，时间＞20mins，将反应器及管道内的空气或其他气体排出，然后关闭排气阀门；步骤E：调节等离子体电源设备的输出电源电流，直到反应器内产生等离子放电现象，并通过示波器对放电的强弱状态进行观察，收集放电数据；步骤F：氨气在催化剂及等离子体电源作用下，常温条件下分解成氢气并经单向气阀进入氢气储罐内得到成品氢气，过程中，分解后的氢气和氮气进入气相色谱仪进行定性定量分析，红外测温仪对反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.过渡金属氮化物协同氨气制备氢气的实验设备，其特征在于，包括氨气瓶、质量流量计、红外线测温仪、气象色谱仪、等离子体电源设备、示波器、反应器；其特征在于，所述氨气瓶排气口和质量流量计的进气口连接，质量流量计的排气口和反应器的进气口连接；所述反应器的进气口侧绝缘安装有接线桩，接线桩的外侧端及反应器的低压电极、示波器的检测端口和等离子体电源设备的电源输出端分别电性连接；过渡金属氮化物协同氨气制备氢气实验设备的实验方法，包括如下步骤，步骤A：打开反应器的加料口往其内部加入过渡金属氮化物催化剂，催化剂两边采用石英棉进行填充以防止催化剂被反应气体吹走；步骤B：使用具有延展性的金属片作为低压电极包覆在反应器的石英管催化剂填充区外壁；步骤C：用保温材料对反应器进行包裹以到达保温的作用，然后关闭反应器的加料口；步骤D：打开氨气瓶的阀门往反应器内通入氨气进行吹扫，过程中排出废气体，时间＞20mins，将反应器及管道内的空气或其他气体排出，然后关闭阀门；步骤E：调节等离子体电源设备的输出电源电流，直到反应器内产生等离子放电现象，并通过示波器对放电的强弱状态进行观察，收集放电数据；步骤F：氨气在催化剂及等离子体电源作用下，常温条件下分解成氢气、氮气，过程中，分解后的氢气和氮气进入气相色谱仪进行定性定量分析，红外测温仪对反应区的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志君，张桦洲，何革，杨驰，廖澈，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：