活性炭催化分解甲烷制氢研究进展

高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展摘要简要分析各种储氢材料和技术的基础上，重点介绍了高比表面积活性炭的制备方法，目前最常用的活化方法是以氢氧化钾为活化剂的化学活化法；并总结了近年来前人在高比表面积活性炭储氢方面的研究结果，同时简要分析了高比表面积活性炭储氢机理方面的研究进展。

关键词储氢材料高比表面积活性炭储氢性能研究进展氢能源以其高效、环保、使用方便等优势引起了人们的普遍关注，世界各国在新型氢能源和储氢材料的研究方面投入了巨大的财力和人力。

目前，除液态储氢和高压储氢外，主要的储氢方法和材料有6种。

（1）Fullerene[60]（富勒烯）多氢化合物如C[60]H[18]、CH36的催化分解可以放出氢气，但制备富勒烯多氢化合物方法复杂并且成本较高，目前还不能大规模生产，无法得到广泛的应用。

（2）金属氢化物储氢，其原理是利用氢化物中较高的氢浓度以及氢化物相变的可逆性，在必要时放出储存的氢来加以利用。

如LiH、MgH2、Mg2NiH40、VH2等，这些化合物的储氢含量虽然较高，但是金属储氢的致命缺点是氢不可逆损伤，从而直接影响储氢金属的使用寿命，限制了该方法的使用。

（3）有机液体氢化物储氢，它是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应（即加氢反应和脱氢反应）实现的，加氢反应实现氢的储存，脱氢反应实现氢的释放。

烯烃、炔烃、芳烃等不饱和有机液体均可作储氢材料，但芳烃特别是单环芳烃作储氢剂最佳。

该法主要的缺点是耗费化石能源。

（4）金属合金储氢，如稀土系、钛系、镁系和锆系合金等。

该法如果得到广泛应用势必消耗大量的金属，同时也耗费大量的矿物资源。

（5）碳纳米管和纳米炭纤维的储氢，属于吸附储存。

目前大多数研制碳纳米管的方法是激光法和电弧法，而这些方法尚处于实验室阶段，还无法进行大规模的工业生产，与目前碳纳米管储氢技术类似的还有纳米纤维的储氢技术。

（6）活性炭的吸附储氢，是利用超高比表面积的活性炭作吸附剂，在中低温（77 K～273 K）、中高压（1 MPa～10 MPa）下的吸附储氢技术。

甲烷制氢技术研究进展
甲烷制氢技术是一种利用甲烷作为原料来制备氢气的技术。

以下是甲烷制氢技术研究的一些进展：
1. 常规甲烷蒸气重整技术：常规甲烷蒸气重整技术是目前应用最广泛的甲烷制氢技术。

该技术通过在高温下将甲烷与蒸汽反应，生成氢气和一氧化碳。

然后利用水煤气变换反应将一氧化碳转化为二氧化碳和额外的氢气。

2. 生物甲烷制氢技术：生物甲烷制氢技术利用甲烷生成菌（methanogens）将甲烷分解为氢气和二氧化碳。

这种技术可
以利用生物质废料、污水处理厂和沼气发酵等资源来制备氢气，具有潜在的可持续发展性。

3. 甲烷催化裂解技术：甲烷催化裂解技术利用催化剂将甲烷直接裂解为氢气和固碳。

这种技术可以在较低温度下实现甲烷的裂解，减少能量消耗和碳排放。

4. 甲烷燃料电池技术：甲烷燃料电池是一种将甲烷气体直接转化为电能的技术。

通过将甲烷和氧气在催化剂的作用下反应，生成电子、水和二氧化碳。

甲烷燃料电池具有高效、无污染的特点，逐渐成为一种重要的制氢技术。

甲烷在活性炭上吸附等温线的测定及分析近年来，碳素技术的发展为吸附过程的研究带来了巨大的机遇。

随着科学技术的发展，各种活性炭促进了工业的发展，活性炭吸附特性也为环境和社会经济发展带来了重要的贡献。

此外，活性炭应用十分广泛，如在环保技术、气体分离技术、废水处理技术中都有重要的作用。

其中，甲烷在活性炭上吸附等温线的测定和分析技术是非常重要的。

甲烷在活性炭上吸附等温线是指活性炭与甲烷之间在恒定温度下的比表面吸附量，它可以用来反映活性炭的吸附性能。

通过对不同温度和吸附浓度的测定，可以快速评价活性炭的吸附性能。

甲烷在活性炭上吸附等温线的测定可以采用多种测量方法，如振荡器装置法、位相色谱法、气液比重计法等。

其中，振荡器装置法是一种最简单、最常用的测定方法。

该装置由一个振荡器和一个热交换器组成，其测定原理是将甲烷以静压的形式进入振荡装置，恒定温度和恒定流量的气体从振荡装置排出，与重力沉降的活性炭分离，由此得到测定的脉冲式等温吸附曲线，并可以从吸附曲线中得到活性炭的吸附性能参数。

分析甲烷在活性炭上吸附等温线时，可以使用Freundlich模型和Langmuir模型。

Freundlich模型是一种非线性表征模型，它可以有效地反映活性炭吸附过程中温度和吸附浓度对吸附等温线的影响，而Langmuir模型可以很好地模拟出吸附过程中温度和浓度的变化规律。

甲烷在活性炭上吸附等温线的测定和分析方法的应用已发展到一定阶段，可以用于活性炭的性能评价和优化。

例如，可以利用该技术研究不同温度和浓度条件下的吸附特性，进行活性炭的优化，以获得较好的吸附性能；也可以利用该技术模拟不同温度和浓度条件下的吸附过程，进行活性炭的结构改性，改善活性炭的吸附性能。

在实际应用中，对甲烷在活性炭上吸附等温线的测定和分析方法有很多不足之处，比如精度较低，检测范围较小等。

未来，应该在精确测定技术和高效率分析技术方面做出努力，并从理论和实验上深入研究甲烷在活性炭上吸附等温线，提高技术水平，以提高活性炭的性能和应用价值。

生物基多孔炭制氢储氢材料的研究进展作者：徐沣驰赵曜吕明磊来源：《科学大众·教师版》2021年第11期摘要：化石燃料不可再生且燃烧污染较大，风能、光伏、生物质等可再生新能源的波动性、季节性等特征对实际使用影响较大，因而研发清洁稳定的能源对人类社会可持续发展至关重要。

氢能作为燃料，燃烧热值高、无污染，是典型的清洁零碳能源。

将氢能与生物质材料有机结合，制备性能优异的生物基多孔炭材料，不仅有利于高效稳定制氢和储氢，而且可有效降低生产成本，为实现氢能的长期稳定使用提供了有效途径。

关键词：清洁能源; 氢能; 生物基多孔炭; 制氢; 储氢中图分类号：TB383;TK91 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2021）11-114-0021.前言化石燃料是当今世界最重要的能源，但随着科技的發展和人口的增长，不可再生的化石燃料终有一天会消耗殆尽。

同时，化石燃料燃烧向大气排放大量温室气体，造成大气环境污染，南北两极冰川融化、全球气候变暖、极端气候增加等正成为威胁人类生存的重大问题[1]。

利用风能、光伏和生物质等可再生能源发电可在一定程度上缓解因使用化石燃料而导致的环境问题，但风能、光伏和生物质能发电又具有波动性、季节性和间歇性等特点，尚不具备与常规能源发电的竞争力。

向“双碳”目标靠近，寻求和开发低碳、无碳新能源，成为可持续发展的唯一途径。

氢是自然界中含量最丰富的化学元素，氢气的燃烧热值高，且燃烧产物是水，对环境无污染，这也是其区别于石油、煤等传统化石燃料的最大优势。

因此氢被认为是解决全球变暖和相关能源环境问题的关键方案。

氢能作为一种清洁、零碳能源，拥有巨大储量，是未来最具前景的清洁能源之一。

氢气用作车用燃料能够极大降低对化石燃料的依赖，减少尾气对环境的污染。

但要想推进氢能应用，不仅需要先进的制氢技术[2]，与之配套的高效储氢技术也不可或缺。

煤气化制氢、生物质气化制氢和电解水制氢是几种常见的制氢方式。

甲烷在活性炭上吸附的实验及理论分析近年来，活性炭作为一种新型的绿色催化剂被越来越多的公司和科学家所重视，其表面吸附特性是研究它的重要部分。

它是一种大孔性炭，具有很大的表面特性，可以有效吸附大分子物质，特别是有机物。

活性炭对甲烷（CH4）的吸附也受到了重视，因为甲烷是一种常见的甲烷，它存在于许多环境中，对臭氧层的影响很大。

因此，研究甲烷在活性炭上的吸附特性，可以为活性炭应用于有机污染物的去除提供重要的理论依据。

甲烷是一种无色和无臭的气体，它是一种非常简单的有机物，分子量很小，具有很强的渗透性，容易在空气中扩散，很难在大气中进行控制。

据估计，地球上大约有6000亿吨甲烷，温室气体贡献率约为25％。

甲烷是一种有害气体，它具有温室效应，对全球气候变化产生了显著影响。

由于甲烷的活性，它在臭氧层的影响力也越来越大，因此减少温室气体的排放就很重要了。

活性炭系统是用来处理有害气体的有效系统，它拥有超大的表面积，具有良好的吸附性能。

研究表明，活性炭有很强的吸附性能，对甲烷的吸附量可以达到5％以上，可以显著减少固体废弃物中甲烷的排放量。

活性炭不仅可以吸附大分子有机物，而且还可以有效地去除甲烷，从而有效地控制甲烷的排放量，实现温室气体减排目标。

活性炭对甲烷的吸附性能受到各种因素的影响，包括温度、压力、浓度、催化剂的形状和表面功能性团簇等。

甲烷一般在低温下吸附在活性炭上，随着温度的升高，甲烷在活性炭上的吸附量会降低。

此外，浓度越高，甲烷吸附量也越高。

催化剂的形状和表面功能性团簇也会对甲烷的吸附性能产生影响，不同的催化剂的形状和表面功能性团簇会产生不同的吸附行为。

因此，正确控制这些变量，可以获得最优的甲烷吸附效果。

活性炭的吸附机理也是影响甲烷吸附性能的重要因素。

研究表明，活性炭通过质子交换、体积填充等机制与甲烷发生间接相互作用，从而实现甲烷的吸附。

同时，活性炭表面的孔洞状聚合物也把甲烷固定在表面上，从而形成甲烷的吸附层，进一步提高了吸附性能。

甲烷化催化剂及反应机理的研究进展
近年来，很多新型催化剂被开发用于甲烷化反应。

其中最常用的是过渡金属催化剂，如铂、钯、镍等。

这些催化剂具有较好的活性和稳定性，能够在较低的温度下催化甲烷化反应。

一些非金属催化剂，如氧化锆、氧化镁等，也被用于甲烷化反应。

这些非金属催化剂具有较高的表面积和活性位点，能够提高甲烷化反应的效率。

甲烷化反应的机理主要分为两步。

第一步是甲烷的活化，甲烷分子与催化剂表面的活性位点发生反应，生成甲烷的活化产物。

第二步是活化产物的重排，通过分子内或分子间的重排反应，将活化产物转化为目标产物。

催化剂的活性位点对甲烷活化的速率和选择性有重要影响。

常见的活性位点有金属表面的空位和边界位。

金属表面的空位能够吸附和活化甲烷分子，而边界位则能够促进活化产物的重排反应。

近年来，研究人员通过多种方法探索了甲烷化反应的机理。

实验研究是了解催化剂活性位点和反应机制的重要手段。

通过表征催化剂的物理和化学性质，可以确定活性位点的类型和数量，并研究甲烷化反应的速率和选择性与催化剂性质之间的关系。

理论计算方法也被广泛应用于甲烷化反应的研究。

通过构建反应模型和计算能垒，可以预测活化产物的结构和能量，并揭示甲烷化反应的反应路径和速率控制步骤。

甲烷化催化剂及反应机理的研究已经取得了很大的进展。

发展新型催化剂和深入探究反应机理，有助于提高甲烷化反应的效率和选择性，同时降低催化剂的成本和环境污染。

未来的研究方向包括优化催化剂的结构和性质，开发多功能催化剂和绿色催化剂，以及深入理解催化剂与活化物质之间的相互作用。

论文目录摘要 (1)关键词 (1)1甲烷在合成领域的应用 (1)1.1甲烷的直接氧化制合成气 (1)1.2甲烷催化裂解制氢 (2)1.3甲烷部分氧化制合成气 (2)1.4甲烷/CO2重整反应 (3)1.5甲烷水蒸气转化 (3)1.6甲烷自热重整技术 (4)2甲烷在其它领域的应用 (5)2.1 甲烷探测仪的开发利用 (5)2.2 甲烷工艺在工业上的应用 (5)2.3甲烷传感器研究进展 (5)3甲烷的研究发展展望 (6)4 致谢.........................................................................错误!未定义书签。

参考文献 (6)Application Research Progress Of Methane (7)字数统计（7721字）甲烷的应用研究进展摘要：本文简单介绍了我国天然气资源状况，系统阐述了近些年来其在合成及其它领域的应用研究，主要包括甲烷的直接转化制合成气，催化裂解制氢，部分氧化制合成气，与CO2重整反应，水蒸气转化和自热重整技术；甲烷探测器的研究利用。

最后，提出了对甲烷应用研究的展望。

关键词：甲烷转化应用进展甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分，但含量分布不均，根据我国第二轮油气资源调查评论结果，我国152个沉积盆地和地区的常规天然气资源量(不包括溶解气)为380400亿m3，其中陆上大约占78.60％，海上21.40％。

我国天然气资源总量约占世界天然气资源总量的10％[1]，贮藏量占世界第17位，它集中分布在我国中部、西部和海域，埋深超过3500m和自然地理环境恶劣的黄土高原、山地和沙漠的天然气超过了总量的59％[2]。

天然气的主要成分是甲烷，是人们生活中的主要燃料，其实甲烷的应用远不止简单的燃烧，它在很多领域都发挥着重要作用，因此对于甲烷应用的研究有着重大意义。

1甲烷在合成领域的应用甲烷的转化和利用包括以甲烷为原料合成燃料和基础化学品的一切过程，从已有的天然气化工利用技术来看，甲烷的转化包括直接转化和间接转化[3]。