热化学硫碘循环制氢中碘化氢超恒沸生成及膜催化分解的基础研究

针对目前热化学硫碘循环水分解制氢技术存在循环热效率不高、系统流程复杂及相关基础研究薄弱的现状，深入研究Bunsen反应阶段直接生成碘化氢超恒沸溶液的反应条件及作用机制以简化系统流程，探索高效廉价催化剂及氢气选择性膜促进碘化氢分解的机理以提高系统循环热效率。主要研究内容包括Bunsen反应和其副反应及两相分离特性的基础研究，确定可直接生成碘化氢超恒沸溶液的反应条件，探索其生成机理；采用廉价的活性炭催化分解碘化氢，利用不同活化处理方法或负载非贵金属提高催化活性，探索高效廉价催化剂促进碘化氢分解的作用机制；探讨膜表观及内部结构对氢气提纯的影响规律，深入研究氢气选择性膜与催化剂的有机耦合促进碘化氢分解的作用机理。力求结合理论分析、机理实验及数值模拟等手段，在氢能大规模制备的一些关键性科学问题上有所突破和进展。在基础研究上达到较高的学术水平，促进相关领域基础理论的不断丰富和发展。

本项目根据研究计划和研究目标开展了一系列研究工作，到目前为止，已完成了项目制定的主要研究内容，获得了一批较好的研究成果，并为开辟新的研究方向奠定了良好的基础。项目完成了如下内容：. 1）实验研究了不同条件参数对HIx/H2SO4两相分离特性及副反应的影响，获得了有价值的普遍性规律，证实了HIx相溶液中HI超恒沸浓度的存在，国际上首次确定了HIx相HI超恒沸溶液生成的窗口条件范围，结合HI-I2-H2O三元溶液中I2热力学溶解特性研究，揭示了HI超恒沸溶液的生成机理，研究了各种条件参数对于Bunsen反应SO2热力学平衡转化率和动力学过程的影响，探索了Bunsen反应的机理路径，最终建立了Bunsen反应动力学模型。. 2）国际上首次创建了有水有碘存在下的HI均相分解机理模型及反应机理路径，研究了不同炭结构材料的HI催化分解机理，实验研究了不同活性炭原料、不同活化方法、不同处理方法等对活性炭催化活性的影响，开展了非贵金属Ni基催化剂和活性炭相耦合的二元催化剂的基础研究，结合表征手段和活性评价结果揭示了活性炭类催化剂的HI催化分解机理，利用程序升温水蒸气反应等手段评价了活性炭催化剂的损耗，测试了活性炭催化剂24h寿命。. 3）模拟了氢气选择性膜应用于HI分解的热力学平衡计算，完成了氢气选择性膜应用于HI催化分解的系统热效率计算，进行了较成熟氢气选择性膜-金属钯膜在HI-H2O气氛中稳定性实验，研制了碳分子筛膜和二氧化硅膜作为热化学硫碘循环系统的氢气选择性膜，利用先进仪器和表征手段表征膜表相和体相，探讨了其氢气渗透特性和选择性，及在H2-H2O-HI混合气氛中对氢气的分离特性。. 4）项目在研期间多次参加国内外学术会议，累计口头报告9次（国际会议口头报告3次），通过项目的执行，培养了博士生3名，硕士生3名，指导本科毕业设计3名，指导浙江大学大学生科研训练计划团队1支，已将相关研究成果发表在能源类国际核心期刊上，共计SCI论文9篇（影响因子IF5year>4.0的8篇），EI论文7篇。. 综上所述，本项目完成了硫碘循环制氢中的HI超恒沸生成及膜催化分解机理的研究，对硫碘循环系统的认识更为深入且为今后的研究工作提供经验和指导，为后续实现产业化的连续产氢系统奠定坚实的理论和实验基础。