一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法，其技术方案要点是：包括如下步骤：S1.制备含去离子水的气流和含苯的气流；S2.将含去离子水的气流通入电晕电场，使得去离子水被电离形成水二聚体自由基阳离子，同时将含苯的气流通入该电晕电场并与水二聚体自由基阳离子相接触反应，即可生成氢气与苯酚自由基阳离子；S3.苯酚自由基阳离子在电场的作用下将自动向负极区域富集，即可分离得到含氢气的气流。本方法基于电晕放电原理，直接将水二聚体自由基阳离子与苯的气相双分子反应，从而在制氢的同时可以将苯氧化得到苯酚，原子利用率高，无环境污染，能耗极低。能耗极低。能耗极低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法


[0001]本专利技术涉及氢气的制备
，具体是涉及一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法。

技术介绍

[0002]氢气是重要的工业原料和还原剂，也是燃料电池的必要燃料。氢能作为一种高效、可靠和环境友好型能源，不仅可以提高能效、降低石油消费，保证能源安全，而且还能改善生态环境，实现能源多元化发展，是实现经济和社会可持续发展的重要选择。
[0003]目前工业制氢有很多种方法，也都存在着各自的优势和局限性。传统制备氢气的方式主要是电解水制氢和矿物燃料制氢。电解水制氢不仅能耗大，而且成本高，标准状况下，制备每立方米氢气消耗的电能高达5.5KWH，制备氢气成本高。而利用矿物燃料制氢则需要外界提供很高的反应热，大量损失化学能的同时，也带来温室气体CO2的排放。此外，天然气制氢和焦炉气制氢均适用于大规模制氢，但也均受限于原料的供应，并且具有污染性。在环保方面，焦炉气制氢利用的虽然是炼焦的副产物，但无法去除其中的污染物，而天然气制氢依然需要化石燃料作为原料。
[0004]目前也有提出其他新型制氢方法，比如甲醇重整制氢、太阳能制氢、生物制氢等，但这些制氢方法技术并不成熟，效率低且难以进行大规模的制氢。
[0005]此外，苯酚是一种重要的有机化工基础原料。近年来随着苯酚需求量的增加，异丙苯等传统生产工艺已经与可持续发展理念相冲突，苯直接一步氧化合成苯酚成为开辟苯酚合成路线的热点课题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：提出一种能耗低、制备条件要求低且制备效率高的氢气制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案是：提供一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1.制备含去离子水的气流和含苯的气流；
[0009]S2.将含去离子水的气流通入电晕电场，使得去离子水被电离形成水二聚体自由基阳离子，同时将含苯的气流通入该电晕电场并与水二聚体自由基阳离子相接触反应，即可生成氢气与苯酚自由基阳离子；
[0010]S3.在S2中得到的含氢气与苯酚自由基阳离子的气流继续通过电晕电场的过程中，苯酚自由基阳离子在电场的作用下将自动向负极区域富集，即可分离得到含氢气的气流。
[0011]优选的，所述含去离子水的气流是将载气通过液态的去离子水得到的，所述含苯的气流是将载气通过液态的苯得到的，制备简单方便。
[0012]优选的，所述含去离子水的气流中的去离子水为常温常压下的饱和状态，所述含
苯的气流中的苯为常温常压下的饱和状态。
[0013]优选的，所述含去离子水的气流的流速为10～50ml/min，所述含苯的气流的流速为10～50ml/min。
[0014]优选的，所述电晕电场由相对设置的正极板和负极板组成，所述正极板上设有多个电晕针，保证去离子水能够被快速且充分地电离成水二聚体自由基阳离子。
[0015]优选的，所述正极板和负极板之间的电压差为0～2.5kV，保证电离形成的水二聚体自由基阳离子的离子强度保持在较高水平。
[0016]优选的，所述正极板上的电晕针的针尖与负极板之间的距离为5～20mm。
[0017]优选的，所述正极板和负极板之间的压强控制在0.1～0.4MPa。
[0018]优选的，所述苯酚自由基阳离子在电场的作用下将富集于负极板形成晶斑，通过将多次反应产生的晶斑进行收集、分离、重结晶，以制得苯酚晶体。
[0019]与现有技术相比，上述方案的有益效果为：
[0020]1.本方法基于电晕放电原理，直接将水二聚体自由基阳离子与苯发生气相双分子反应，从而在制氢的同时可以将苯氧化得到苯酚；
[0021]2.本方法所产生的苯酚自由基阳离子在电场的作用下在负极板上定向排列堆积形成晶斑，这是苯直接一步氧化合成苯酚的新工艺；
[0022]3.原子利用率高，无环境污染，有效解决了传统异丙苯方法中丙酮产能过剩的问题；
[0023]4.反应所需条件简单，能耗极低，苯酚的法拉第效率可高达60％，产氢浓度可达2000ppm以上。
附图说明
[0024]图1是含苯的气流/含去离子水的气流的流速不同情况下，氢气浓度
‑
反应时间曲线图，其中横坐标为时间，纵坐标为氢气浓度。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要说明的是，电晕放电是指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电，是一种常见的气体放电形式，主要发生在曲率半径较小的尖端电极附近。因此，通过在正极或负极设置曲率半径较小的尖端结构，并对正极和负极供以电压差，即可产生本专利技术所称的电晕电场。
[0027]实施例1
[0028]一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法，包括如下步骤：
[0029]S1.以空气为载气，将载气分别通入去离子水的溶液和苯的溶液，从而得到常温常压下下的含饱和状态去离子水的气流和含饱和状态的苯的气流，且载气的气压控制在0.2MPa。
[0030]S2.在正极板上设置多个电晕针，并通过电源供电至正极板和负极板即产生电源电场；将含去离子水的气流以30ml/min的流速通入电晕电场，使得去离子水被电离形成水二聚体自由基阳离子，同时将含苯的气流同样以30ml/min的流速通入该电晕电场并与水二聚体自由基阳离子相接触反应，即可生成氢气与苯酚自由基阳离子。另外在本实施例中，正极板和负极板之间的电压差为2kV，正极板上的电晕针的针尖与负极板之间的距离为10mm，保证电离形成的水二聚体自由基阳离子的离子强度保持在较高水平，加快氢气的产出效率。
[0031]S3.在S2中得到的含氢气与苯酚自由基阳离子的气流继续通过电晕电场的过程中，苯酚自由基阳离子在电场的作用下将自动向负极板上富集，即可分离得到含氢气的气流。
[0032]此外，通过对多次反应后的负极板上的晶斑进行收集、分离、重结晶，即可制得苯酚晶体。
[0033]实施例2
[0034]一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法，包括如下步骤：
[0035]S1.以氮气为载气，将载气分别通过去离子水的溶液和苯的溶液的液面上方，从而得到含去离子水的气流和含苯的气流，且载气的气压控制在0.2MPa。
[0036]S2.在正极板上设置多个电晕针，并通过电源供电至正极板和负极板即产生电源电场；将含去离子水的气流以40ml/min的流速通入电晕电场，使得去离子水被电离形成水二聚体自由基阳离子，同时将含苯的气流同样以40ml/min的流速通入该电晕电场并与水二聚体自由基阳离子相接触反应，即可生成氢气与苯酚自由基阳离子。另外在本实施例中，正极板和负极板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.制备含去离子水的气流和含苯的气流；S2.将含去离子水的气流通入电晕电场，使得去离子水被电离形成水二聚体自由基阳离子，同时将含苯的气流通入该电晕电场并与水二聚体自由基阳离子相接触反应，即可生成氢气与苯酚自由基阳离子；S3.在S2中得到的含氢气与苯酚自由基阳离子的气流继续通过电晕电场的过程中，苯酚自由基阳离子在电场的作用下将自动向负极区域富集，即可分离得到含氢气的气流。2.根据权利要求1所述的一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法，其特征在于，所述含去离子水的气流是将载气通过液态的去离子水得到的，所述含苯的气流是将载气通过液态的苯得到的。3.根据权利要求2所述的一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法，其特征在于，所述含去离子水的气流中的去离子水为常温常压下的饱和状态，所述含苯的气流中的苯为常温常压下的饱和状态。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：米东伯，周权宝，魏炳清，陈焕文，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：