為解決氫氣導致高真空多層絕熱儲罐夾層真空度下降和吸氫劑價格昂貴的問題，本文搭建了吸氫試驗臺，研究了廉價微熱型吸氫劑CuO和CuO+C的吸氫性能；結果表明：C的加入使CuO吸氫活化溫度下降了100℃，吸氫速率提高了26.2倍；測定了CuO+C的吸氫等溫線，分析了多次吸氫過程，得知在低壓時，吸氫產物對吸氫有促進作用，而在高壓時，作用不明顯；根據BDDT理論，該等溫線屬于第Ⅰ類吸附等溫線，并用Langmuir等溫式進行了擬合。

　　低溫儲運領域，三個主要議題便是容積，傳熱和成本。在容積一定的情況下，傳熱便顯得尤為重要，它關乎到低溫儲罐的性能。現在采用的絕熱方式中被稱為“超級絕熱”的高真空多層絕熱方式，應用非常廣泛，然而高真空多層絕熱的難點就是高真空的維持，一般要求真空度優于1×10^-2 Pa。由于金屬材料以及多層絕熱材料的放氣和儲罐的漏氣，真空度隨著時間的推移而變壞，隨之絕熱性能也會變差，低溫容器的使用壽命變短。

　　為了解決夾層真空變壞的問題，現在生產商普遍采用在夾層放置吸附劑的方法，然而吸附劑的吸附特性和裝載量以及能否充分發揮吸附作用對夾層真空起到了決定性作用。夾層漏氣的主要成分是N2和O2，對他們的吸附采用活性炭或分子篩；而金屬材料及多層絕熱材料放氣的主要成分是H2，可以高達70%～80%；而且放氣量遠大于漏氣量；因此H2是夾層壓力變壞的主要原因。很多學者的研究表明，PbO，PbO+AgO，AgO 等過渡金屬氧化物以及他們的混合物可以作為低溫儲罐的吸氫劑，但是過渡金屬氧化物普遍存在兩個先天不足，一是單位吸附量小，二是單位價格昂貴。因此探索新型的吸氫劑勢在必行。

　　本文提出了一種復合吸附劑，H2由廉價微熱型吸氫劑CuO+C來吸附，C對H2有一定的把持作用，增加H2和CuO的接觸時間，促進其反應；另外C的存在一定程度上阻止了CuO在反應過程中的燒結，對H2的吸附起到了促進作用；CuO和H2反應生成的水蒸汽和其余殘余氣體由位于真空儲罐內罐外壁底部的5A 分子篩來吸附，從而使夾層長期處于高真空狀態。

　　1、實驗

　　1.1、實驗裝置

　　實驗裝置示意圖如圖1所示，主要包括以下幾部分：

　　(1)真空系統(Ⅰ)：由旋片式真空泵MP構成，主要作用為抽空和調整由管道組成的緩沖管道的壓力；

　　(2)真空系統(Ⅱ)：由真空機組MTP構成，主要作用是抽空和調整緩沖罐T3和實驗罐T4的夾層壓力；

　　(3)測量與采集系統：緩沖管道和緩沖罐T3夾層的壓力測量，采用成都睿寶復合真空計ZDF-5227，配有成都國光的電阻規管R1，R2，型號ZJ-52T，量程1×10^-1～1×10⁵Pa，精度≤25%；成都國光的電離規管I1，I2，型號ZJ-27，量程1×10^-5～1×100Pa；實驗罐T4夾層壓力測量采用Preiffer真空計TPG262，配有Preiffer緊湊式全量程規管C1，型號PKR251，量程5×10^-7～1×10⁵ Pa，精度≤30%；溫度測量采用Omega T型熱電偶線，通過航空插頭TC，測試夾層溫度，并由Keithley2700數據采集儀采集，最終壓力溫度數據通過工控機IPC記錄下來；

　　(4)氣源：氦氣瓶T1和氫氣瓶T2提供實驗所用高純氣體，純度≥99.999%，滿足GB/T7445-1999要求；

　　(5)容積：緩沖管道容積為1.28L；緩沖罐T3的夾層為緩沖容積，容積為48.63L；實驗罐T4的夾層容積為49.69L，殘留容積(夾層容積減去分子篩和絕熱被的容積)為42.94L；

　　(6)除氫容器：由Φ25mm×2.5mm×200mm的不銹鋼管，一端封堵，另一端焊接帶有90°彎頭的KF法蘭構成，容積為0.12L；直管段外表面緊密纏繞功率為1400W 電阻絲，在直管段外表面中部放置測溫探頭，連接溫度控制器TCI，控制精度±0.3℃，使除氫容器溫度恒定；除氫容器最外層包裹絕熱材料，以減少能源消耗；

　　(7)裝置組成部件：

　　V1，V4-V8：高真空擋板閥；V2，V3：減壓閥；

　　T1：氦氣瓶；T2：氫氣瓶；T3：緩沖罐；T4：實驗罐；T5：除氫容器；

　　TCI：除氫容器的溫度控制器；

　　R1，R2：電阻規管；I1，I2：電離規管；C1：緊湊型全量程規管；

　　TC：航空插頭；DAI：溫度壓力采集儀；IPC：工控機；

　　MP：旋片式真空泵；MTP：旋片式真空泵和渦輪分子泵構成的真空機組；

　　5A：位于實驗罐內罐外壁底部的5A分子篩；

　　MLI：包裹在實驗罐內罐外壁的多層絕熱材料。

圖1　復合吸氫劑吸附H2的實驗裝置

　　1.2、實驗步驟

　　(1)組裝實驗罐T4：用200目的金屬絲網包裹5A分子篩1000g，固定在實驗罐T4內罐外壁的底部，外面包扎40層絕熱被，吸氫劑放置在除氫容器T5內，并同實驗罐T4一起接入實驗系統中；

　　(2)抽空實驗罐T4：開啟真空機組MTP的旋片式真空泵，打開閥門V7，V8，其余閥門關閉；抽空期間，實驗罐T4內罐用300W 的電加熱棒進行加熱，溫度控制在160℃，促進金屬材料和多層絕熱材料放氣以及5A分子篩活化，時間不低于24h；除氫容器T5加熱溫度控制在200℃，對吸氫劑進行活化，時間不低于24h；期間用干燥N2對實驗罐T4的夾層進行置換3到5次；當實驗罐T4夾層壓力低于5Pa后，啟動真空機組MTP的分子泵，直到常溫夾層壓力低于1×10^-2 Pa，停止抽真空，關閉閥門V7，V8；

　　(3)抽空緩沖管道和緩沖罐T3：開啟真空機組MTP的旋片式真空泵，打開閥門V4，V6，其余閥門關閉；期間用H2對緩沖管道和緩沖罐T3的夾層進行置換3到5次；當壓力低于5Pa后，啟動真空機組MTP的分子泵，直到常溫夾層壓力低于1×10-2Pa，停止抽真空；關閉閥門V4，V6；

　　(4)H2充注：首先，向緩沖管道充入H2，通過減壓閥門V3，擋板閥V1和旋片式真空泵MP，使緩沖管道的H2壓力達到一個合適的值，并關閉所有閥門；其次，向緩沖罐T3充入H2，通過擋板閥V4，V6和真空機組MTP，使緩沖罐T3的H2壓力達到一個合適的值；最后，通過調節V5使得實驗罐T4夾層的壓力達到實驗需要值；

　　(5)靜置：實驗罐T4靜置30min，同時啟動溫度控制器TCI，控制除氫容器T5的溫度穩定在需要值；

　　(6)測試：打開閥門V8，其余關閉，啟動工控機IPC和數據采集設備DAI，開始采集實驗數據；

　　(7)重復：實驗罐T4夾層壓力在2h內未變化時，認為達到吸附平衡，重復步驟(3)—(6)。

　　1.3、實驗內容

　　在有1000g 5A分子篩固定在實驗罐T4內罐外壁底部，并在內罐外壁包扎40層絕熱被的情況下，研究了CuO 作為吸氫劑和CuO+C作為吸氫劑，吸附H2的性能，吸附劑的信息和用量見表1，其中，CuO為CAS號是1317-38-0，分子量是79.55，純度是分析純AR 的黑色粉末，滿足GB/T　647-2003。

　　3、結論

　　(1)CuO作為吸氫劑，不僅吸附溫度需要高達260℃，而且吸附速率僅有1.8Pa/d，不適宜單獨應用；

　　(2)CuO+C作為吸氫劑，由于C的加入，使吸附溫度下降了100℃，吸附速率卻提升了26.2倍；

　　(3)CuO+C作為吸氫劑，當氫氣壓力較低(pH2≤50Pa)時，吸附產物可以促進吸附過程，使吸附速率提高69%；

　　(4)CuO+C作為吸氫劑，當氫氣壓力較高(pH2=500Pa或900Pa)時，吸附產物對吸附過程的促進作用不明顯，吸附可以快速進行，但隨著CuO的消耗，吸附速率逐漸變慢；

　　(5)復合吸氫氣劑吸附氫氣是化學吸附，吸附等溫線為第一類吸附等溫線。