實(shí)驗(yàn)室制氫的步驟

【專家解說(shuō)】：Zn+2HCL==ZnCL2+H2↑ Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ Mg+2HCl==MgCL2+H2↑ Fe+2HCl==FeCl2+H2↑ 盡管氫是自然界最豐富的元素之一，但是天然的氫在地面上卻很少有，所以只能依靠人工制取。通常制氫的途徑有：從豐富的水中分解氫；從大量的碳?xì)浠衔镏刑崛洌粡膹V泛的生物資源中制取氫；或利用微生物去生產(chǎn)氫等等。各種制氫技術(shù)均可掌握。但是作為能源使用，特別是普通的民用燃料，首先要求產(chǎn)氫量大，同時(shí)要求造價(jià)較低，即經(jīng)濟(jì)上具有可行性，這是今后制氫技術(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)。就長(zhǎng)遠(yuǎn)和宏觀而言，氫的主要來(lái)源是水，以水裂解制氫應(yīng)是當(dāng)代高技術(shù)的主攻方向。以下簡(jiǎn)述幾種制氫方法。 化石燃料制氫 這是目前大量化工用氫的生產(chǎn)方法，如化肥生產(chǎn)的造氣，即以煤在氣化爐中燃燒，通過(guò)水蒸氣還原反應(yīng)，獲得氫氣。同樣，石油、天然氣或生物質(zhì)燃料，均可用類似的方法制取氫。但是，這樣的造氣效率不高，需要消耗大量能源，并對(duì)環(huán)境污染較大。以能源換燃料，是得不償失的。鑒于化石能源的有限性，應(yīng)盡可能滿足有機(jī)原料的需要，而不能作為產(chǎn)生氫能的依靠。 電解水制氫 人們最早的制氫方法就從電解水開(kāi)始，至今它仍然是工業(yè)化制氫的重要方法。盡管改進(jìn)型的電解槽已把電耗壓到了相當(dāng)?shù)?，但還是工業(yè)生產(chǎn)中的“電老虎”。而且電本屬二次能源，除了水電，電是用大量燃料換來(lái)的，其中經(jīng)過(guò)熱能、機(jī)械能、電能的轉(zhuǎn)換，本來(lái)能耗就不小，再經(jīng)電解水制成氫，總的能源效率實(shí)在太低，以此將氫作能源，無(wú)疑也是不可取的。不過(guò)現(xiàn)在正繼續(xù)改進(jìn)電解水制氫的工藝，并使用豐水期的水電，或利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源來(lái)電解水制氫作為這些新能源的貯存手段，自當(dāng)別論，不能不說(shuō)是有可取之處。 硫化氫制氫 在石油煉制、煤和天然氣脫硫過(guò)程中都有硫化氫產(chǎn)出，自然界也有硫化氫礦藏，或伴隨地?zé)岬鹊拈_(kāi)采也會(huì)產(chǎn)生硫化氫。國(guó)外已有硫化氫分解方法，包括氣相分解法（干法）和溶液分解法（濕法），能同時(shí)獲得硫磺和氫氣。盡管這種工藝需要一定的高溫（約600℃）和適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，或?jīng)過(guò)光照等措施，但是能化害為利，綜合利用，將不失為一種制氫的好方法。 光解海水制氫 80年代末，國(guó)際上出現(xiàn)了光解海水制氫的方法，以激光誘導(dǎo)MOCVD制膜技術(shù)有所突破，制成新型的金屬/半導(dǎo)體/金屬氧化物光電化學(xué)膜，用此種膜作為海水電解的隔膜，能使海水分離制得氫和氧，其電耗低，轉(zhuǎn)換效率已達(dá)10％左右，此方法已引起各國(guó)科學(xué)家的關(guān)注。 光化制氫 利用入射光的能量使水的分子通過(guò)分解或水化合物的分子通過(guò)合成產(chǎn)生出氫氣。在太陽(yáng)的光譜中，紫外光具有分解水的能量，若選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，可提高制氫效率。因此在太?yáng)能利用的高技術(shù)研究中，光化制氫將作為重點(diǎn)。有的還可將光電、光化轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行，以獲得直流電和氫、氧。目前，盡管尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，但對(duì)開(kāi)辟制氫途徑具有很大的吸引力。 生物制氫技術(shù) 利用植物的光合作用制氫和微生物分解有機(jī)物制氫。從常見(jiàn)的植物光合作用吸收二氧化碳制造氧的過(guò)程，不難理解光合作用的深化。目前，光合作用在多數(shù)植物中效率非常低，通常均低于千分之五，這與自然光譜的吸收率有關(guān)。在今后的生物工程研究中，提高植物的光合作用效率是突出任務(wù)之一，其中除制氧機(jī)制外，氫的轉(zhuǎn)換也在其中。至于微生物制氫，自然界已發(fā)現(xiàn)有類似甲烷菌的制氫菌，只是其菌種繁育不如甲烷菌那樣簡(jiǎn)單。若能建立合適的菌種群落，制造氫氣就會(huì)像制造沼氣一樣。 熱分解水制氫 當(dāng)水直接加熱到很高溫度時(shí)，例如3000℃以上，部分水或水蒸氣可以離解為氫和氧。但這種過(guò)程非常復(fù)雜，遠(yuǎn)非設(shè)想那樣簡(jiǎn)單。其中突出的技術(shù)問(wèn)題是高溫和高壓。較有希望的是利用太陽(yáng)能聚焦或核反應(yīng)的熱能。關(guān)于核裂變的熱能分解水制氫已有各種設(shè)想方案，至今均未實(shí)現(xiàn)。人們更寄希望于今后通過(guò)核聚變產(chǎn)生的熱能制氫。在美國(guó)能源部主持下，有勞倫斯—利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室、通用原子能公司和華盛頓大學(xué)等單位參加的核能熱化學(xué)制氫研究項(xiàng)目已進(jìn)行了多年，主要是以一種串聯(lián)磁鏡式核聚變堆為熱源，用硫碘熱化學(xué)循環(huán)的方法制取氫。此外，原蘇聯(lián)也制訂過(guò)通過(guò)托卡馬克核聚變堆進(jìn)行高溫蒸汽電解的制氫方案。所有這些制氫方法，都涉及一系列高技術(shù)，但人們?nèi)杂行判挠託淠苁澜绲某霈F(xiàn)。