實(shí)驗(yàn)室制氫的步驟

【專家解說】：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?；從廣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，同時要求造價較低，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)。就長遠(yuǎn)和宏觀而言，氫的主要來源是水，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的，其中經(jīng)過熱能、機(jī)械能、電能的轉(zhuǎn)換，本來能耗就不小，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，無疑也是不可取的。不過現(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、太陽能等可再生能源來電解水制氫作為這些新能源的貯存手段，自當(dāng)別論，不能不說是有可取之處。 硫化氫制氫 在石油煉制、煤和天然氣脫硫過程中都有硫化氫產(chǎn)出，自然界也有硫化氫礦藏，或伴隨地?zé)岬鹊拈_采也會產(chǎn)生硫化氫。國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分解或水化合物的分子通過合成產(chǎn)生出氫氣。在太陽的光譜中，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。因此在太陽能利用的高技術(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，但對開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。從常見的植物光合作用吸收二氧化碳制造氧的過程，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單。若能建立合適的菌種群落，制造氫氣就會像制造沼氣一樣。 熱分解水制氫 當(dāng)水直接加熱到很高溫度時，例如3000℃以上，部分水或水蒸氣可以離解為氫和氧。但這種過程非常復(fù)雜，遠(yuǎn)非設(shè)想那樣簡單。其中突出的技術(shù)問題是高溫和高壓。較有希望的是利用太陽能聚焦或核反應(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核聚變產(chǎn)生的熱能制氫。在美國能源部主持下，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)也制訂過通過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)。