氢气生产方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种在液体中生产氢气的方法和实施该方法的装置，其特征在于，将液体中的石墨烯颗粒的悬浮液1.2提供给反应罐1.1，然后将反应罐的内容物暴露于波长在UV

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢气生产方法和装置


[0001]本专利技术涉及一种氢气生产方法和装置，更具体地涉及一种由含石墨烯的液体生产氢气的方法和实施该方法的装置。

技术介绍

[0002]本领域已知通过水电解生产氢气和氧气。例如，PL203716公开了一种通过水电解生产氢气和氧气的装置，包括封闭的容器形式的水解器，在上部通过未到达水解器底部的不可渗透的垂直板严密地分隔成两个腔室(氧气腔室和氢气腔室)，具有氧气腔室和氢气腔室的底部充水连接，封闭在氧气腔室和氢气腔室中分开供电的电极，除其他外，还有四个电磁阀，负责排放由水解器产生的氧气和氢气的过程并维持压力直到罐中的合适值。供应到罐的水必须事先净化(以不含氯、铁、杂质)并且温度为15℃。
[0003]因此，需要开发一种新的氢气生产方法，同时省略水解步骤，并提供可以在燃料电池中使用的装置中生产氢气的可能性。
[0004]在研究和开发工作的过程中，专利技术人开发了一种在密封容器中无接触和无电极生产氢气的方法和装置，具有通过将氢气转移到分开的容器、燃料电池或与使用氢气的另一装置集成来回收氢气的可能性。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的在液体中生产氢气的方法，其特征在于，将液体中的石墨烯颗粒的悬浮液2提供给由部分或完全可透射UV
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VIS
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FIR光波范围的透明材料制成的反应罐1.1，然后将反应罐1.1的内容物暴露于波长在UV
‑
VIS
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FIR光波范围的电磁辐射束，辐射由发射器3产生，之后将从液体释放的氢气通过排气口7转移到反应罐1.1外。
[0006]由于通过电磁辐射照射液体中的石墨烯颗粒的悬浮液2的液体表面，与石墨烯颗粒周围的层中的液体分子相互作用的电子e
‑
从其表面发射。由于光电效应发生由与光相互作用导致的从石墨烯表面的电子发射[A.Einstein,Ann.d.Phys.17,132(1905)]，其中电子的动能的动能φ为电子的逸出功，以从石墨烯表面移除。从石墨烯表面发射的电子e
‑
(所谓的热电子)与液体的分子反应，导致其电离和分裂。
[0007]在水分子的情况下，发生释放氢分子离子(1)的反应，随后发生氢分子(2)的合成：
[0008]H2O+e
‑→
1/2O2+2H++2e
‑ꢀ
(1)
[0009]2H++2e
‑→
H
2 (2)
[0010]在醇的情况下(例如在甲醇中)，由于电磁辐射已经产生的从石墨烯表面释放的快电子e
‑
，作为电离的结果，导致分子离子的产生及其分裂，然后导致氢分子(3)的合成。
[0011]CH3OH+e
‑→
CH3OH
‑‑
+2e
‑→
CHO++H
2 (3)
[0012]氢气分子溶解在水中，在此其逐渐移动到液体的顶部表面，并且可以以气体释放，只要气体的浓度超过其可接受的溶解度。
[0013]图1示出了氢气合成的示意图。
[0014]由反应悬浮液产生的氢气的量取决于照射强度、石墨烯颗粒的浓度和液体类型，以此方式使得照射强度越高、石墨烯浓度(其中极限值是石墨烯无法在液体中形成悬浮液而是石墨烯颗粒落到底部的量)越高，产生的氢气的量越大。
[0015]氢气释放的速度取决于光源的功率，光源的功率越大，单位时间产生的氢气的量越大；取决于暴露时间、液体中石墨烯颗粒的浓度以及液体体积与囊体积之比。
[0016]在根据本专利技术的方法中，液体为去离子水或醇或其任意比例的混合物，优选地，在根据本专利技术的方法中，使用与水混合良好的醇，例如甲醇或乙醇或丙醇或异丙醇或其混合物。
[0017]在根据本专利技术的方法中，悬浮在液体中的石墨烯颗粒是尺寸为0.1至100μm的氧化石墨烯粉末、多孔石墨烯或石墨烯片的形式。
[0018]根据本专利技术的方法，液体中的石墨烯颗粒的悬浮液2可以以连续模式或周期地提供给罐1.1。
[0019]优选地，在本专利技术的方法中，发射器3以连续或脉冲模式运行，发射波长在400
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1100nm、优选地650
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1100nm范围的电磁波。
[0020]在本专利技术的方法中，在照射期间，即罐1.1的内容物暴露于电磁辐射束，通过使用连续或脉冲形式的超声波，罐1.1的内容物也剧烈地混合。
[0021]本专利技术的目的还是用于实施本专利技术的方法的装置，其特征在于，其具有配备有构成氢气收集系统的排气口7的罐1.1，并且具有由聚焦电磁辐射束的光学系统1.3和发射器1.4组成的电磁辐射发生系统，其中发射器1.4可选地配备有电源系统3和控制系统4。
[0022]本专利技术的装置具有单个容器或容器排列形式的罐1.1，以及可选地用于混合罐1.1的内容的系统6a。
[0023]在本专利技术的装置中，罐1.1由部分或完全可透射UV
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VIS
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FIR光波范围的材料(例如玻璃、石英、塑料或金属)制成，金属罐包括至少一个由完全可透射UV
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VIS
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FIR光波范围的材料(例如玻璃、石英、塑料)制成的光学窗口。罐1.1可以是任何形状，优选地具有为照射和在液体表面上转移氢气而设计的大表面积。
[0024]在图2所示的本专利技术的变体中，本专利技术的方法以此方式实施，使得将液体(水和/或醇)和给定形式、优选地片状形式的石墨烯放置在紧密的容器(囊)1中。由于片状石墨烯的疏水特性以及石墨烯质量与液体质量之比，容器中液体的整个体积由石墨烯片填充。以此方式，在液体中形成石墨烯悬浮液2。作为光源3，可以使用嵌入光学透明硅树脂4中的发光二极管、与散热器5连接以获得其稳定运行和最高导电电流的二极管。LED 3可以由LED阵列组成(例如3
×
3、10
×
10以及更多)以增加光发射面。优选地，囊1不与光发射器接触，并且距离d>0.2mm。在紧密的腔室中，液体表面上的空间6中氢气浓度增加，产生的氢气通过出口/排气口7转移。废液通过与供应系统9连接的阀门8填充。
[0025]具有液体的部分或完全可透射UV
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VIS
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FIR光波范围的透明材料(玻璃、石英、透明塑料)的容器可以是任何形状，优选地具有大表面积用于照射和转移液体表面上的氢气。可以通过改变照射密度、照射时间、时间调制(连续或脉冲照射)来控制氢气产生速度。
[0026]作为在用于在外部的、可移除的囊中产生氢气的装置的情况下或在具有内置囊的氢气生产装置中的光源，优选的是使用LED、激光二极管或以连续或脉冲模式运行的激光器以及其他光源，例如卤素灯、氙灯。特别地，在基于适合在组合的组中运行的罐的自主氢气
生产装置中，具有长期的氢气累积过程。
[0027]可以使用优选地通过镜子或透镜聚焦的太阳能辐射作为光源。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在液体中生产氢气的方法，其特征在于，将液体中的石墨烯颗粒的悬浮液(2)提供给由部分或完全可透射UV
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VIS
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FIR光波范围的透明材料制成的反应罐(1.1)，然后将反应罐(1.1)的内容物暴露于波长在UV
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VIS
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FIR光波范围的电磁辐射束，辐射由发射器(3)产生，之后将从液体释放的氢气通过排气口(7)转移到反应罐(1.1)外。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，液体是去离子水或醇或其任意比例的混合物，优选地，醇是甲醇或乙醇或丙醇或异丙醇或其混合物。3.根据权利要求1
‑
2所述的方法，其特征在于，悬浮在液体中的石墨烯颗粒是尺寸为0.1至100μm的氧化石墨烯粉末、多孔石墨烯或石墨烯片的形式。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的方法，其特征在于，发射器(3)以连续或脉冲模式运行，发射波长在400
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1100nm、优选地6...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：波兰科学院低温与结构研究所，
类型：发明
国别省市：