镁基储氢材料固硫作用的研究

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脱除二硫化碳等含硫化合物对于保护环境、工业生产来讲是十分重要的。镁基储氢材料可实现对二硫化碳的加氢固硫。本文着重研究了储氢材料中的固溶态晶格氢以及添加的氧化铜对其固硫的影响。利用透射电镜、高分辨透射电镜、X射线粉末衍射仪、激光粒度仪和显微硬度计对镁基储氢材料的结构、粒度和硬度进行了表征;利用差示扫描量热分析仪和P-C-T特性测试对材料的放氢性能进行了分析;利用高效微机定硫仪和微量硫分析仪对固硫反应后的固相、气相硫含量进行了测定。  结果表明,TEM图片显示每个微晶氢化镁的大小在20-100 nm之间,由XRD测试数据计算可知,球磨后材料中氢化镁(101晶面)晶粒的大小为12.3 nm,而静态储氢后的为70.5 nm。静态储氢后的材料晶粒长大,结晶度提高,内部镁和氢的排列更加规则有序。HRTEM观测到的晶面间距为2.1A,对应于氢化镁在39.85°的200晶面。  镁基储氢材料在400℃、常压下放氢时,材料中的氢不会完全放出,氢在材料中的存在形式为固溶态晶格氢MgHx(x≤2)。储氢材料在250℃与二硫化碳反应2 h后,固相中检测到硫化镁晶体、气相中检测到硫化氢、甲硫醇;将400℃放氢后的材料用于二硫化碳固硫反应,在250℃、1 h反应后,固相检测到硫化镁晶相。以此可推断,材料中的氢抑制了硫化镁的产生。材料中的氢大量存在时,不利于硫化镁的产生;而氢含量变少时,硫化镁便会大量生成。  添加氧化铜的镁基储氢材料球磨后,发现氧化铜在球磨过程中被还原,且还原中间产物为氧化亚铜。氢气下球磨时,产物中存在氢氧化镁;氩气下球磨时,产物中存在氧化镁。金属镁、氢气都参与还原反应。  分别添加10 wt.%和70 wt.%CuO的储氢材料对二硫化碳在70℃可发生加氢反应,固硫反应在150℃可实现。添加10 wt.%和70 wt.%CuO的储氢材料与二硫化碳在150℃反应后的固硫产物都为Cu1.8S。250℃下反应后,添加10 wt.% CuO的材料中铜的晶态为CuS,添加70 wt.%CuO的材料中铜的晶态为Cu1.8S。原因是前者在250℃下产生足够多的固溶态晶格氢对二硫化碳加氢,而后者中则没有足够多的氢。
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