[发明专利]一种基于水二聚体自由基阳离子的氢气制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及氢气的制备技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案是：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：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

优选的，所述正极板和负极板之间的压强控制在0.1～0.4MPa。