[发明专利]一种利用废铁屑和废硫酸厌氧腐蚀反应制取氢气的方法

说明书

一种利用废铁屑和废硫酸厌氧腐蚀反应制取氢气的方法，属于废弃物制氢领域。首先对废铁屑过筛，选用粒径为小于3.0mm废铁屑，再经Na₂CO₃在80℃下浸泡10min，然后用5％的H₂SO₄浸泡30min去除表面的氧化物，最后用蒸馏水洗净烘干备用；采用密闭的容器加入废硫酸溶液，充N₂排除空气，然后加入上述处理过废铁屑，用橡胶塞密封，室温下静置培养并收集氢气，氢气最终收集于气袋中。本发明产氢速率快、产氢量大、氢气纯度高。

技术领域

本发明涉及一种利用废弃物制取氢气的方法，特别涉及一种利用废铁屑和废硫酸厌氧腐蚀反应制取氢气的方法，属于废弃物制氢领域。

背景技术

氢气不仅是一种清洁高效能源，还可以作为石油化工合成过程中重要的基础原料，用途广泛。氢气的需求量极大，到2020年，全球氢气需求量将达到3248亿立方米，增长近23％。其中，亚太地区成为全球最大的氢气市场。随着人们对环境意识的逐步增强，清洁能源的使用将会越来越受到政府的支持和人们的欢迎。目前，氢气的制备主要来源于传统化石能源。在生产过程中，不仅要消耗大量的化石能源，而且还会产生大量污染物。随着近年来煤炭、天然气和甲醇价格居高不下，制氢成本居高不下。没有氢气资源地区，不得不投入高额的费用建设制氢装置。

如何寻找一种低成本绿色无污染的制氢方法是一个急需解决的问题。近年来，利用风能、太阳能及水能等可再生能源电解水制氢，这种方法清洁无污染，开始受到人们的关注，但是由于这种可再生能源的不稳定性以及技术的不成熟性，以此法获得的氢气产量仅占全球产氢量的4％，远远低于传统的制氢方法，无法满足对氢气的需求。

在厌氧环境下，零价铁在水溶液中作为电子供体会发生产氢腐蚀现象。这就为氢气的制取提供了一条新的思路。Velimirovic等在《Journal of Hazardous Materials》发表的文章中利用微尺度零价铁与地下水进行厌氧产氢，其单位零价铁产氢量为97.7ml/g。Reardon在《Environmental Science&Technology》报道中利用零价铁与水进行厌氧产氢，其单位铁产氢量最大也仅有70.1ml/g。这种方法既要采用价格较为昂贵的商品级零价铁作为原料，而且产氢量少、产氢速率慢，平均要消耗20天。

废铁屑为工业废料，主要成分为零价铁，价格低廉、易于运输。废硫酸是一种潜在的资源，产量巨大，据全国硫与硫酸工业信息总站初步统计，2016年钢厂废硫酸产生量约1700kt。如果不妥善处理将会对社会和环境造成巨大危害。利用废铁屑和钢厂废硫酸厌氧腐蚀产氢原理同样可以制取氢气。在此基础上，利用废铁屑与废酸反应，可以进一步提高废铁屑的产氢速率，提高氢气产量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在现有条件下，进一步加快废铁屑的厌氧产氢速率，进一步提高氢气产量。既可以实现废弃物的有效利用，又能产生氢气以作它用。

基于上述见解，本发明是这样实现的：

一种利用废铁屑和废硫酸厌氧腐蚀反应制取氢气的方法，包括以下步骤：

(1)首先对废铁屑过筛，选用粒径为小于3.0mm如2.5mm的废铁屑，再经质量百分含量10％Na₂CO₃在80℃下浸泡10min，然后用质量百分含量5％的H₂SO₄浸泡30min去除表面的氧化物，最后用蒸馏水洗净烘干备用；

(2)采用密闭的容器加入废硫酸溶液，充N₂排除空气，然后加入上述处理过废铁屑，用橡胶塞密封，室温下静置培养并收集氢气，氢气最终收集于气袋中。采用排水集气法每隔一个小时记录氢气产量，其含量采用气相色谱仪测定。

优选废硫酸溶液的pH小于等于0，每250ml废硫酸溶液对应0.5-10g废铁屑，优选2.5-3.0g，进一步优选2.8g。