几种组合吸附剂的吸氢等温线的测定及分析(3)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海交通大学制冷与低温工程研究所 作者:陈树军

2.3.2、放置方式对吸附量的影响

  组合吸附剂1# A和1#B的组份相同,由图2(a)和(d)可以看出,吸气剂平铺放置时组合吸附剂的吸附量明显大于吸气剂包裹放置时的吸附量。在4Pa的真空度下,1#B的吸附量约是1#A的7倍。原因是:

  (1)1# B 与H2的接触面积大;

   (2) 在样品吸氢过程中,发生化学反应生成了Pd,此时发生的化学反应是PdO+H2= Pd+H2O。由于吸氢是一个放热反应,对于1 # A 由于包裹放置产生的热量未能及时散出,当温度突然升高时,金属Pd 容易发生团聚和迁移,导致组合吸附剂的化学吸附作用开始减弱,吸附量降低。尽管1 #B 也经历了相似的反应,但是它的平铺厚度较薄,产生的热量能够及时散出,不会引起Pd 的团聚和迁移;

  (3) 对于1# A来说,Pd的团聚和迁移将会围绕PdO粉末形成一个壳体,减小了氢气与PdO 粉末的进一步接触。同时,壳体中Pd的催化活性也会大幅降低。然而对于1 # B,反应前后的吸气剂都是均匀的固体粉末。这与图3 的实验结果是一致的,图3 表示了1 # A 和1 # B 吸氢反应后吸气剂的SEM照片。从图3 可以看出,相对于1 # B的吸气剂的表面来说,1 # A 的吸气剂的表面不平整,夹杂许多大块的颗粒。

吸氢反应后吸气剂的SEM照片

2.3.3、不同组合吸附剂的吸附量的比较

  由图2(b)、(c)和(d)可以看出,放置方式相同,含有不同百分比PdO 的组合吸附剂的吸附量呈现出较大的差别,吸附量的排列顺序为:2# > 1 #B>3# 。在1×10-2 Pa 的真空度情况下,1#B的吸附量为0.032mL(STP)·g-1,2 # 的吸附量略大于1#B,3#的吸附量仅为1 # B 的87.5 %。另外,从经济上考虑,每克吸气剂的价格排序情况为1 #B>2#>3#

  因此,为了充分发挥多层绝热的效果,在高真空多层绝热储罐夹层内优先选用2# 组合吸附剂。它的吸附量最大,是由于它含有15%的Ag2O。Ag2O 的作用有两个,第一它是一种催化剂,能够加速吸氢;第二它能为吸氢提供氧离子,Ag2O 的性质不稳定,遇光或受热易分解,发生的反应是2Ag2O = 4Ag + O2 ,生成的O2 与Pd 表面发生物理吸附,物理吸附的O2在表面氢的诱惑下发生了离解。因此,储罐夹层的真空度进一步地被提高。同时单质Ag 的生成对吸氢也很有利,Ag 的主要作用是:

  (1) 在所有的金属中Ag 的传热性是最高的,使产生的热量及时散出,维持了吸气剂处的温度稳定;

  (2) 在纯Pd 中,氢的加入经常会出现氢脆的现象。然而, Pd2Ag 合金和氢具有很好的兼容性。由于具有较高的氢气渗透性和较好的机械强度,吸氢后吸气剂的晶格膨胀产生的应力是很小的,这样吸气剂能够经受多次的αβ相变。

  随着Ag 的加入,吸氢等温线向左移动,在同样的平衡压力下,吸附量增大,这与Brodowaky的实验结果是一致的。当Ag原子和Pd原子的比例不超过0.3,随着Ag的增加,吸附量会线性地增加,一旦超过该值,就会导致吸附量变小 。正如在3 # 组合吸附剂中,尽管也含有Ag2O ,但是在同样的平衡压力下,它的吸附量是最小的,就是因为Ag原子和Pd原子的比例(0.45) 超过了0.3。

3、结论

  本文对吸气剂的不同放置方式和不同组合吸附剂在室温下的吸氢的实验,得到了以下结论:

  (1) 得到了室温下各种组合吸附剂的吸氢等温线及拟合出了吸氢等温线方程式,并给出了吸氢等温线的变化过程;

  (2) 吸气剂平铺放置时,组合吸附剂的吸附量明显大于吸气剂包裹放置时的吸附量,在储罐中应该尽可能地平铺放置;

  (3) 放置方式相同,各种组合吸附剂的吸附量的排列顺序为:2#> 1#B>3# 。在由Ag2O和PdO组成的吸气剂中,Ag原子和Pd原子的最佳比例是0.3 ;

  (4) 为了充分发挥多层绝热的效果,在高真空多层绝热储罐内优先选用2# 组合吸附剂。

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