激光分解水蒸汽制氢系统

1.本发明涉及一种激光分解水蒸汽制氢系统，属能源化工领域。


背景技术：

2.激光分解水制氢技术始自1972年，日本东京大学两位教授首次报告发现tio2单晶电极光催化分解水产生氢气这一现象，从而揭示了利用光能直接分解水制氢的可能性。但日本的制氢是用日光照射水，在催化剂作用下制取实验氢，不但数量少而且在多云或夜间不能获得氢气，而其能效比远不如光辐板！氢能源具有安全、发热量高等优点，因而广泛用于航空航天上。为在地面汽车及发电领域使用氢能源，除天然气分解制氢技术外，利用电解水或激光分解水制氢引起学者重视。本文提出的激光分解水蒸汽制氢系统是利用激光在多面镜反射的容器中，照射水蒸汽高效获取氢和氧的系统。


技术实现要素：

3.光催化分解水可分为两类:“降低能垒”和“升高能垒”反应。这类反应中，在光催化剂的作用下水分解生成h2和o2则是高能垒反应，此类反应将光能转化为化学能。为使水分解释放出氢气，热力学要求作为光催化材料的半导体材料导带电位比氢电极电位eh+/h2稍负。光解水的原理为：光辐射到半导体上，当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度时，半导体内电子受激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体不同位置将水还原成氢气，同时将水氧化成氧气。作为光催化分解水制氢材料需要满足：高稳定性、不产生光腐蚀、价格便宜、能够满足分解水的热力学要求。
4.为此本文提出由蒸汽管1、电热器2、锅炉3、光解容器4、镜面5、氢气罐6、抽氢风机7、吸氢管8、激光器9、吸氧管10、吸氧风机11、氧气罐12及纳米tio2/fe2o3剂13组成。纳米tio2/fe2o3剂13具有高稳定性、不产生光腐蚀、价格便宜、能够满足分解水的热力学要求。将纳米tio2/fe2o3剂13预先放入光解容器4内后，锅炉3产生的水蒸汽通过蒸汽管1切向吹入光解容器4内，经镜面5反射形成多股激光朿照射着纳米tio2/fe2o3剂13，使与之接触的水蒸汽分子分解为h2与o2。`
5.本文的光解容器4为ф300、高400mm的不锈钢容器，采用溶胶-凝胶法及浸渍提拉法在普通的玻璃片上制得了tio2/fe2o3复合薄膜，再用h2so4使之成的60g纳米级tio2/fe2o3催化剂，用450nm的300w激光插入容器中，该容器内壁装有反射镜，激光朿经镜面反射可充滿容器内空间。待分解的水先在锅炉3内加热成0.2mpa、122℃的蒸汽后从圆柱形光解容器4的中部切向吹入，搅动容噐内的纳米tio2/fe2o3催化剂，使之沿光解容器4内壁旋转并充满整个空间，因而催化剂微粒可与水蒸汽分子相碰撞，在激光的照射下水解成h2与o2。氢的密度小就聚于光解容器4顶部，氧的密度最大就聚于光解容器4底部，水蒸汽从光解容器4中部进入，运行一段时间后，便可从光解容器4顶部抽取氢气，从光解容器4底部抽取氧气，因h2与o2间隔有水蒸汽层，安全性得到保证，所抽取气体的纯度由气相色谱进行检测。
附图说明
6.图1.激光解水制氢技术系统图，
7.图2.激光解水容器a-a剖视图。
8.其中：1-蒸汽管、2-电热器、3-锅炉、4-光解容器、5-镜面、6-氢气罐、7-抽氢风机、8-吸氢管、9-激光器、10-吸氧管、11-吸氧风机、12-氧气罐、13-io2/fe2o3催化剂。
9.实施案例
10.图1也是300w、450nm激光分解水蒸汽制氢系统图。电热器2加热锅炉3内的水，产生0.2mpa的蒸汽经蒸汽管1切向进入光解容器4内。光解容器4是厚2mm的ф300、高400mm的密闭圆柱筒，ф20的蒸汽管1从距底200mm处切向插入光解容器4内。蒸汽管1的入口与锅炉3的出口相结通，可使0.5mpa、152℃的蒸汽高速喷入光解容器4内，并在容器内旋转从而搅动tio2/fe2o3纳米催化剂在容器中转动，使之充滿光解容器4。与此同时300w、450nm激光器9射出的激光照射入该容器内，在容器壁的镜面5反射下，形成数股光束，可照射到容器内多个催化剂微粒，使与之接触的水蒸汽分子分解成h2与o2分子。氢的密度最小就聚于容器顶部，氧的密度最大就沉降于容器底部。水蒸汽经蒸汽管1切向吹入容器中部，运行一段时间后便可从顶部用抽氢风机7抽取氢气加压送入氢气罐6中；从底剖用吸氧风机11抽取氧气并送入氧气罐12贮存。因h2与o2。间隔有蒸汽层，故安全性得到保证，所抽取气体的纯度由气相色谱仪进行检测。


技术特征：
1.本发明的名称是激光分解水蒸汽制氢系统，由蒸汽管(1)、电热器(2)、锅炉(3)、光解容器(4)、镜面(5)、氢气罐(6)、抽氢风机(7)、吸氢管(8)、激光器(9)、吸氧管(10)、吸氧风机(11)、氧气罐(12)及纳米tio2/fe2o3催化剂(13)组成。2.权利要求1的激光分解水蒸汽制氢系统，其特征在于：锅炉(3)置于电热器(2)上，锅炉(3)的出口与蒸汽管(1)的入口连通固接，蒸汽管(1)的出口与光解容器(4)的中部入口连通固接；吸氢管(8)、激光器(9)及吸氧管(10)均插入光解容器(4)；吸氢管(8)的入口位于光解容器(4)的顶部；吸氢管(8)的出口与抽氢风机(7)入口相联通，抽氢风机(7)出口与氢气罐(6)的入口相联通；激光器(9)插入并固定在光解容器(4)的中部；吸氧管(10)的入口位于光解容器(4)的底部，吸氧管(10)的出口与吸氧风机(11)的入口相联通，吸氦氧风机(11)的出口与氧气罐(1)的入口相联通；3-100g纳米tio2/fe2o3催化剂(13)预先置入光解容器(4)内。

技术总结
本发明涉及一种激光分解水蒸汽制氢系统，属能源化工领域，它由蒸汽管1、电热器2、锅炉3、光解容器4、镜面5、氢气罐6、抽氢风机7、吸氢管8、激光器9、吸氧管10、吸氧风机11、氧气罐12、纳米TiO2/Fe2O3催化剂组成。水蒸汽由锅炉3产生后经蒸汽管1进入光解容器4，制备的TiO2/Fe2O3纳米催化剂在光解容器中被激光器9射出的激光照射，使与之接触的水蒸汽分子高效分解成H2与O2分子。分子。分子。


技术研发人员：童明伟
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/11/8