第二十四卷 第五期 - 2013年七月十九日 PDF
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以高能球磨法製備固態硼氫化鈉/釕觸媒複合物並應用於放氫之研究
劉政宏1陳炳宏1,*、薛展立2、谷傑人2、曹芳海2
1 國立成功大學 化學工程學系
2 工業技術研究院 能源與環境研究所 新能源技術組
Corresponding author (BH Chen): bkchen@mail.ncku.edu.tw
 
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研究嘗試利用高能球磨技術,將負載於高分子樹脂表面的釕離子觸媒,均勻分散在粉碎的硼氫化鈉(sodium borohydride, NaBH4, SBH)粒子之間,藉以提高整體催化放氫的活性。此外,本研究應用固態系統,即以水為限量試劑進行放氫反應,可有效改善先前在全液相系統時,觸媒表面活性座被析出的硼氫化鈉水解產物-偏硼酸鈉(sodium metaborate, NaBO2)所堵塞而毒化的問題,同時也可以進一步提高在整體系統的氫重量密度至約7.3 wt%。在本研究中,我們比較了在不同水量的添加下,整體水解放氫反應過程的轉化率、氫重量密度以及溫度的變化,如圖一所示。
圖一、(a) 不同水量比例下,硼氫化鈉水解轉化率以及氫重量密度隨時間變化。(b) 不同水量比例下反應溫度隨時間變化。

由圖一我們可發現,當反應水量減少使得整體反應過程處於固態系統時,反應速率有效提升,同時也因為添加的水量減少(SBH:H2O=1:2),也因此提高了氫重量密度。而由反應溫度的變化看來,當SBH:H2O=1:2時,反應溫度可穩定於約60°C,而由文獻的相圖可發現,在此溫度之下,水解產物-偏硼酸鈉主要會以帶有兩個結晶水的狀態存在,而非以四個結晶水存在。由TGA的水解產物鑑定分析(如圖三所示),我們可以發現,如同我們所推測,當反應水量比例為SBH:H2O=1:2時,水解產物-偏硼酸鈉主要為帶有兩個結晶水。而由此研究中所得到的高氫氣重量密度(7.3 wt%),在未來將有機會可以達到美國能源局(DoE)所設定在2010年整體系統達到6 wt %的目標。
圖二、在不同水量添加比例下,硼氫化鈉放氫反應產物的TGA曲線。(a) SBH:H2O= 1:2 (b) NaBO2•4H2O標準藥品 (c) SBH:H2O= 1:10。
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