[发明专利]一种使用活性炭微球储存氢气和二氧化碳的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于气体储存技术领域，更具体地，本发明涉及一种使用活性碳微球储存氢气与二氧化碳的技术领域。

【背景技术】

氢将是人类未来社会燃料的主体，氢燃烧的产物是水，不会造成任何环境污染以及温室效应，但在氢能的利用中，“储存”是阻碍氢能大量广泛利用最关键的问题。世界各国都投入了大量的人力、物力和财力进行研究，寻找适于在工业上可使用的储氢材料。

储氢材料应该具有下述要求：(1)高的体积、质量吸氢密度；(2)吸、放氢的可逆性；(3)能够反复充放。美国能源部(Department ofEnergy，DOE)提出了2010年的储氢目标，以重量百分数和体积百分数方式表示的储氢容量分别不低于6.5wt％和62kgH₂/m³，2015年的目标则是9wt％和81kgH₂/m³。Furukama.H.Yaghi，O.M.在《J.Am.Chem.Soc.》，2009，131，8875-8883中指出，目前有液化、压缩、吸附以及金属合金储氢等四种主要储氢技术方案。对于前两种技术方案，从经济和安全的角度考虑存在许多技术问题，因此它们的应用受到极大的限制。所述的金属合金储氢原理是基于氢与金属反应生成金属氢化物而达到储存氢，但是氢作为燃料应用必须满足充放的可逆性，而氢与金属的正向与逆向反应速率却极大地限制了这种材料在工业上获得实际应用的可能性。所述的吸附储氢基于纳米多孔材料的物理吸附氢而实现储存氢，由于该技术不存在可逆性及反复充放的问题而成为纳米多孔材料储氢研究中最广泛的热点。

二氧化碳被视为气候变暖的最重要因素，这是各国政府面临的重大问题。我国是继美国之后二氧化碳的第二大排放国，解决二氧化碳的排放是目前刻不容缓的任务。目前方法主要有溶剂吸收法、吸附法、膜分离法以及这些方法的组合应用，化学吸收溶剂对气体有较好的吸收效果，但却难以推广，因为溶剂再生时需加热，能耗大，而且还存在污染空气、易氧化降解、对设备腐蚀严重等缺点。膜分离法使用膜或膜组件，膜分离技术操作方便，能耗低，但膜材料与工艺以工业规模实施还存在许多问题，膜本身或膜组件的耐热性能差，150℃是其操作温度的上限。最近也有一些硅石、沸石和碳素无机膜的研制，但均存在使用温度、成本、长期运行可靠性等问题。物理吸附方法具有简单、易操作、低成本和高能效等优点而被认为较具有发展前景的一种方法，而选择合适的吸附剂是研究者广泛关注的问题。

活性炭储氢研究始于20世纪70年代末，是在中低温(77-273K)，中高压(1-10Mpa)下利用高比表面积的活性炭做吸附剂的吸附储氢技术。周理在《科技导报》1999.12(1)：1-3页上报导了用比表面积为3000m²/g的活性炭来储氢。在77K低温下，3Mpa下可储存5重量％的氢气。二氧化碳的储存是控制大气中二氧化碳浓度的关键。Feng Zhang等人在《Bioresource Technology》2008.99.4803-4808页上报导了用微孔活性炭的比表面积达3200m²/g，在298K，0.1Mpa下，二氧化碳的储量为4.0重量％。美国能源部认为，从真正长远的眼光来看，未来的30年，50年或70年中，碳储存处理技术可能成为减少温室气体聚积的最好的办法之一。

因此，现在还需要研究一种既操作方便、安全、能耗低，又易于实施的二氧化碳与氢气储存方法。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种使用活性碳微球储存氢气和二氧化碳的方法。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种使用活性碳微球储存氢气的方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

A、把所述的活性碳微球装入反应器中；

B、关闭反应器，让惰性气体通过该反应器，清洗该反应器与连接各个设备的管路；

C、使用加热炉将所述的活性碳微球加热到温度500-573K，进行脱杂质处理；再启动真空泵抽真空直到10-2帕，关闭该真空泵，接着启动分子泵，抽真空至10-5帕，在这个真空下保持18-50小时；

D、开启氢气气源减压阀，在吸附压力0.1-2.0MPa与温度77K下，所述的气体以流速300-500mL/min通过装有所述活性碳微球的反应器；吸附达到平衡后，关闭减压阀，于是达到活性碳微球储存氢气；

如果必要，通过压力控制器将压力降低直到常压，将吸附的氢气释放得到氢气。