化學！！！氫氣的制造方法

【專家解說】：一、電解水制氫

多采用鐵為陰極面，鎳為陽極面的串聯(lián)電解槽（外形似壓濾機）來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣，陰極出氫氣。該方法成本較高，但產品純度大，可直接生產99.7%以上純度的氫氣。這種純度的氫氣常供：①電子、儀器、儀表工業(yè)中用的還原劑、保護氣和對坡莫合金的熱處理等，②粉末冶金工業(yè)中制鎢、鉬、硬質合金等用的還原劑，③制取多晶硅、鍺等半導體原材料，④油脂氫化，⑤雙氫內冷發(fā)電機中的冷卻氣等。像北京電子管廠和科學院氣體廠就用水電解法制氫。

二、水煤氣法制氫

用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時反應而得水煤氣（C+H2O→CO+H2—熱）。凈化后再使它與水蒸氣一起通過觸媒令其中的CO轉化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氫量在80%以上的氣體，再壓入水中以溶去CO2，再通過含氨蟻酸亞銅（或含氨乙酸亞銅）溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣，這種方法制氫成本較低產量很大，設備較多，在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇，還有少數(shù)地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像北京化工實驗廠和許多地方的小氮肥廠多用此法。

三、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫

石油熱裂副產的氫氣產量很大，常用于汽油加氫，石油化工和化肥廠所需的氫氣，這種制氫方法在世界上很多國家都采用，在我國的石油化工基地如在慶化肥廠，渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣

也在有些地方采用（如美國的Bay、way和Batan Rougo加氫工廠等）。

四、焦爐煤氣冷凍制氫

把經初步提凈的焦爐氣冷凍加壓，使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數(shù)地方采用（如前蘇聯(lián)的Ke Mepobo工廠）。

五、電解食鹽水的副產氫

在氯堿工業(yè)中副產多量較純氫氣，除供合成鹽酸外還有剩余，也可經提純生產普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產。

六、釀造工業(yè)副產

用玉米發(fā)酵丙酮、丁醇時，發(fā)酵罐的廢氣中有1/3以上的氫氣，經多次提純后可生產普氫（97%以上），把普氫通過用液氮冷卻到—100℃以下的硅膠列管中則進一步除去雜質（如少量N2）可制取純氫（99.99%以上），像北京釀酒廠就生產這種副產氫，用來燒制石英制品和供外單位用。

七、鐵與水蒸氣反應制氫

但品質較差，此系較陳舊的方法現(xiàn)已基本淘汰。

很多種辦法，簡單地說，一種單質+一種化合物=一種化合物+一種單質。什么單質都可以，只要不與氫氣發(fā)生反應既可。而化合物，只需含有氫即可，例如雙氧水。
推薦：可以用高錳酸鉀加二氧化錳加熱制取氫氣，且得到的氣體純度更高。

近年來，各國科學家研究出一些制取氫的新方法，我國科學家也試驗出一些制取氫的新方法，現(xiàn)在把這些新方法的一部分介紹如下：

一.用氧化亞銅做催化劑從水中制氫氣
通常，用電解水生產氫的方法比較昂貴。過去，也曾有人研究過用氧化亞銅催化劑從水中制取氫的方法，但在實驗中氧化亞銅在陽光的作用下很容易還原成金屬。日本研究人員發(fā)現(xiàn)，將氧化亞銅制成粉末，可以避免發(fā)生這個問題。他們的具體方法是，將0.5克氧化亞銅粉末添加入200立方厘米的蒸餾水中，然后用一盞玻璃燈泡中發(fā)出的460納米～650納米的可見光進行照射，在氧化亞銅催化劑的作用下，水分解成氫和氧。日本的研究人員利用這項技術共進行了30次實驗，從分解的水中得到了不同比例的氫和氧。試驗中發(fā)現(xiàn)，如果得到的氧的壓力增加到500帕斯卡，水的分解過程就減慢。氧化亞銅粉末的使用壽命可達1900小時之久。東京技術研究所計劃進一步研究如何提高氫的產生效率，同時研制能夠在波長更長的可見光照射下發(fā)揮活性的催化劑，該研究所正在試驗一種新的含銅鐵合金的氧化物。
二、用新型的鉬的化合物從水中制氫氣
西班牙瓦倫西亞大學的兩位科學家發(fā)明了一種低成本的從水中制取氫的方法。他們對催化轉化器進行改造，使水分解時僅需很少的成本。他們用一種從鉬中獲取的化學產品做催化劑，而不使用電能。他們說，如果用氫作原料，從半升水中制得的氫足以使一輛小汽車行駛633公里。
三、用光催化劑反應和超聲波照射把水完全分解的方法
60年代末，日本兩位科學家發(fā)現(xiàn)二氧化鈦經光（紫外線）照射可分解水的現(xiàn)象。他們本擬應用這一方法制氫，但由于氫和氧的生成量較少，在經濟上不合算而中斷了這一研究。最近，據《日本工業(yè)新聞》報道，日本明星大學元田久志教授等人同時使用光催化劑反應和超聲波照射的方法把水完全分解。這種“超聲波光催化劑反應”所以能使水完全分解，是由于在超聲波的作用下，水可被分解為氫和雙氧水，而雙氧水經光催化反應又可分解成氧和氫。不過超聲波照射和二氧化鈦光催化劑雖然獲得了完全分解水的結果，但氧的生成量卻較少。在添加二氧化錳后，再用超聲波照射，二氧化錳分解后的錳離子可溶解到溶液中，使雙氧水產生大量的氧。
四、陶瓷跟水反應制取氫氣
日本東京工業(yè)大學的科學家在300 ℃下，使陶瓷跟水反應制得了氫。他們在氬和氮的氣流中，將炭的鎳鐵氧體（CNF）加熱到300 ℃，然后用注射針頭向CNF上注水，使水跟熱的CNF接觸，就制得氫。由于在水分解后CNF又回到了非活性狀態(tài)，因而鐵氧體能反復使用。在每一次反應中，平均每克CNF能產生2立方厘米～3立方厘米的氫氣。
五、甲烷制氫氣
1.日本京都大學教授乾智行用鎳鉑稀土元素氧化物多孔催化劑，使甲烷、二氧化碳和水生成了氫氣。催化劑中鎳、稀土元素氧化物和鉑的組成比例為10:65:0.5。其制備過程是，先將鎳、稀土元素氧化物等原料加熱熔解，然后導入氨氣，使熔解物成為凝膠狀，再進行干燥、熱處理。這種催化劑微粒孔徑為2納米～100納米，具有很高的催化活性。乾智行教授將該催化劑裝進反應塔，然后加入二氧化碳、甲烷和水蒸氣。結果，在常壓及550 ℃～600 ℃條件下，生成物為氫氣和一氧化碳，升溫至650 ℃，其轉化率為80%；溫度為700 ℃時，轉化率幾乎達到100%。
2.用C60作催化劑從甲烷制氫氣
日本工業(yè)技術院物質工學工業(yè)技術研究所用C60作催化劑，從甲烷制得氫氣。
在現(xiàn)階段，C60在高溫條件下才能發(fā)揮功能，不能立刻達到實用，必須加以改良，制成在低溫條件下也能工作的節(jié)能催化劑。他們開發(fā)的催化劑，是在碳粉里摻10%的C60。在加熱到1000 ℃的容器里，放入0.1克催化劑，以1分鐘流入20毫升甲烷的速度作實驗，結果90%的甲烷分解成氫和碳。C60用作催化劑，可用水洗凈表面，除去附著的殘存碳素，理論上可半永久使用。由于形狀獨特，粒子表面面積為活性炭的5倍到10倍，因而作催化劑用時功能較強。
六、從微生物中提取的酶制氫氣
1.葡萄糖脫氧酶。美國橡樹岑國家實驗室從熱原體乳酸菌中提取葡萄糖脫氧酶。熱原體乳酸菌首先是在美國礦井中的低溫干餾煤渣中發(fā)現(xiàn)的。葡萄糖脫氧酶在磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADP）的幫助下，能從葡萄糖中提取氫。在制取氫的過程中，NADP從葡萄糖中剝取一個氫原子，使剩余物質變成氫原子溶液。
2.氫化酶。這種酶是從曾在海底火山口附近發(fā)現(xiàn)的一種微生物中提取的。氫化酶的作用是使NADP攜載的氫原子結合成氫分子，而NADP還原為它原來的狀態(tài)繼續(xù)再次被利用。除美國發(fā)現(xiàn)這種酶外，俄羅斯的科學家也在湖沼里發(fā)現(xiàn)了這種微生物。他們把這種微生物放在適合于它生存的特殊器皿里，然后將微生物產出的氫氣收集在氫氣瓶里。
七、從細菌制取氫氣
1.許多原始的低等生物在其新陳代謝的過程中也可放出氫氣。例如，許多細菌可在一定條件下放出氫氣。日本已發(fā)現(xiàn)一種名為“紅極毛桿菌”的細菌，就是制氫的能手。在玻璃器皿里，以淀粉作原料，摻入一些其他營養(yǎng)素制成培養(yǎng)液，就可以培養(yǎng)出這種細菌。每消耗5毫米淀粉營養(yǎng)液，就可以產生出25毫升的氫氣。
2.美國宇航部門準備把一種光合細菌—紅螺菌帶到太空去，用它放出的氫氣作為能源供航天器使用。
八、用綠藻生產氫氣
科學家們已發(fā)現(xiàn)一種新方法，使綠藻按要求生產氫氣。美國伯克利加州大學科學家說，綠藻屬于人類已知的最古老植物之一，通過進化形成了能生活在兩個截然不同的環(huán)境中的本領。當綠藻生活在平常的空氣和陽光中時，它像其他植物一樣具有光合作用。光合作用利用陽光，水和二氧化碳生成氧氣和植物維持生命所需要的化學物質。然而當綠藻缺少硫這種關鍵性的營養(yǎng)成分，并且被置于無氧環(huán)境中時，綠藻就會回到另一種生存方式中以便存活下來，在這種情況下，綠藻就會產生氫氣?？茖W家介紹，1升綠藻培養(yǎng)液每小時可以產生出3毫升氫氣，但研究人員認為，綠藻生產氫氣的效率至少可以提高100倍。
九、有機廢水發(fā)酵法生物制氫氣
最近，以厭氧活性溶液為生產原料的“有機廢水發(fā)酵法生物制氫技術”在我國哈爾濱建筑大學通過中試研究驗證。我國工程院院士李圭白教授介紹，該項研究在國內外首創(chuàng)并實現(xiàn)了中試規(guī)模連續(xù)非固定化菌種長期持續(xù)生物制氫技術，是生物制氫領域的一項重大突破，其成果處國際領先地位。生物制氫思路1966年提出，90年代受到空前重視。從90年代開始，德、日、美等一些發(fā)達國家成立了專門機構，制定了生物制氫發(fā)展計劃，以期通過對生物制氫技術的基礎性和應用性研究，在21世紀中葉實現(xiàn)工業(yè)化生產。但時至今日，研究進程并不理想，許多研究還都集中在細菌和酶固定化技術上，離工業(yè)化生產還有很大差距，迄今尚無一例中試結果。哈爾濱建筑大學的教授突破了生物制氫技術必須采用純菌種和固定技術的局限，開創(chuàng)了利用非固定化菌種生產氫氣的新途徑，并首次實現(xiàn)了中試規(guī)模連續(xù)流長期持續(xù)產氫。在此基礎上，他們又先后發(fā)現(xiàn)了產氫能力很高的乙醇發(fā)酵類型，發(fā)明了連續(xù)流生物制氫技術反應器，初步建立了生物產氫發(fā)酵理論，提出了最佳工程控制對策。該項技術和理論成果在中試研究中得到了充分驗證：氫氣產率比國外同類的小試研究高幾十倍；開發(fā)的工業(yè)化生物制氫系統(tǒng)工藝運行穩(wěn)定可靠，且生產成本明顯低于目前廣泛采用的水電解法。