生物制氢省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、1 许多同学去拜会大学教授许多同学去拜会大学教授,起初大家相谈甚欢起初大家相谈甚欢,然而说着说着然而说着说着,学生们话学生们话题便转向了埋怨题便转向了埋怨,他们埋怨生活压力和功课负荷。他们埋怨生活压力和功课负荷。这时这时,教授不动声色地从厨房里取出了许多个不一样质地、不一样形教授不动声色地从厨房里取出了许多个不一样质地、不一样形状杯子状杯子,其中有陶质、有瓷质、有木质、有玻璃、也有塑胶。教授让同学们其中有陶质、有瓷质、有木质、有玻璃、也有塑胶。教授让同学们自己取杯子倒水喝。杯子被取得七七八八后自己取杯子倒水喝。杯子被取得七七八八后,托盘上只剩下一些粗陋杯子。托盘上只剩下一些粗陋杯子。教授这时微
2、笑着说教授这时微笑着说:“你们瞧你们瞧,全部细致、古朴、玲珑、漂亮杯子都被全部细致、古朴、玲珑、漂亮杯子都被拿走了拿走了,剩下剩下,全是让人瞧不上眼塑胶杯。全是让人瞧不上眼塑胶杯。杯杯 子子 第第1页页2生物制氢与燃料电池生物制氢与燃料电池 1.氢与氢能氢与氢能 2.生物制氢生物制氢3.氢存放及运输氢存放及运输4.氢利用氢利用燃料电池燃料电池 第第2页页31.氢与氢能氢与氢能p元素周期表第一个元素元素周期表第一个元素p原子结构最简单原子结构最简单p氢气密度最小,无色无味氢气密度最小,无色无味p常压下,常压下,-252.87时可变为无色液体时可变为无色液体p常压下,常压下,-259.1时可变成雪
3、状固体时可变成雪状固体p氢气燃烧产生大量热(氢气燃烧产生大量热(氢能氢能):):142 kJ/g,是汽油发烧量,是汽油发烧量3倍倍p燃烧速度快,易爆燃烧速度快,易爆p在自然界中主要以水、石油、煤炭、天然气、生命体、有机物形式在自然界中主要以水、石油、煤炭、天然气、生命体、有机物形式存在存在p最理想能源最理想能源第第3页页4氢能特点氢能特点(1)起源广。自然界存在氕,其丰度约为氢总量起源广。自然界存在氕,其丰度约为氢总量99.98%。地球上水。地球上水储量为储量为21018万万t,是氢取之不尽、用之不竭主要源泉。,是氢取之不尽、用之不竭主要源泉。(2)燃烧热值高。氢气热值为燃烧热值高。氢气热值为
4、121061kJ/kg,是甲烷,是甲烷2.4倍,汽油倍,汽油2.4倍,乙醇倍,乙醇4.5倍,高于全部化石燃料和生物质燃料。倍,高于全部化石燃料和生物质燃料。(3)清洁。氢本身无色无味无毒,若在空气中燃烧产生水;清洁。氢本身无色无味无毒,若在空气中燃烧产生水;(4)燃烧稳定性好。轻易做到比较完善燃烧,燃烧效率很高。燃烧稳定性好。轻易做到比较完善燃烧,燃烧效率很高。(5)存在形式多。氢能够以气态、液态或者固态金属氢化物出现,能存在形式多。氢能够以气态、液态或者固态金属氢化物出现,能适应储运及各种应用环境要求。适应储运及各种应用环境要求。(6)氢是氢是“和平和平”能源。化石能源分布极不均匀,经常引发
5、激烈资源能源。化石能源分布极不均匀,经常引发激烈资源争夺。而氢即可再生起源又广,每个国家都有着丰富氢资源,所以能够争夺。而氢即可再生起源又广,每个国家都有着丰富氢资源,所以能够说是说是“和平和平”能源。能源。第第4页页5氢能发展是历史必定?氢能发展是历史必定?能源利用趋势:高碳能源利用趋势:高碳 低碳;低碳;低氢低氢 高氢;固态高氢;固态 气态气态 能源能源 氢氢/碳碳 碳碳/氢氢 柴薪柴薪 0.01 100 煤炭煤炭 0.7 1.43 石油石油 1.8 0.56 天然气天然气 3.5 0.29 氢氢 0第第5页页6氢能发展概况氢能发展概况1974年,国际氢能源协会(年,国际氢能源协会(Int
6、ernational Association for Hydrogen Energy,IAHE)创办,并于开始举行两年一届国际氢能论)创办,并于开始举行两年一届国际氢能论坛(坛(Hyforum)。)。年年11月在美国首都华盛顿欧米尼月在美国首都华盛顿欧米尼西海姆大酒店举行氢能国际经济合西海姆大酒店举行氢能国际经济合作搭档(作搭档(IPHE)会议,共有)会议,共有15个国家和欧盟政府代表团以及各国工商界个国家和欧盟政府代表团以及各国工商界代表参加,中国是组员国之一。其目标是,到代表参加,中国是组员国之一。其目标是,到20,制氢成本费用降低到,制氢成本费用降低到能使其称为交通运输燃料选择之一。能使
7、其称为交通运输燃料选择之一。第第6页页7氢能氢能永恒能源永恒能源电:不能大规模存放;氢:可大规模存放。电:不能大规模存放;氢:可大规模存放。核聚变:氘核聚变:氘+氚氚 氦;氢弹、太阳能。氦;氢弹、太阳能。受控核聚变:受控核聚变:高温(几千万高温(几千万-几亿摄氏度)几亿摄氏度)低气体密度(常温低气体密度(常温常压下几万分之一)常压下几万分之一)能量约束时间超出能量约束时间超出1s。资源丰富:资源丰富:氘氘海水中含有氘可供人类以当前能源消费水平使用上亿年;海水中含有氘可供人类以当前能源消费水平使用上亿年;氚氚没有;没有;锂锂锂锂+中子中子 氚,锂可用氚,锂可用12万年。万年。分数氢:常规氢与核聚
8、变中间层。分数氢:常规氢与核聚变中间层。第第7页页8氢制备方法氢制备方法水制氢水制氢电解:通电;电解:通电;热化学:热化学:1000,催化剂(,催化剂(Me3O4,MeCl2););热裂解:热裂解:3000。化石能源制氢化石能源制氢煤气化:煤煤气化:煤 焦炭;焦炭;C+H2O H2+CO;CO+H2O H2+CO2天然气:天然气:CH4+2H2O 4H2+CO2;CH4 2H2+C石油:石油:CH3OH+H2O 3H2+CO2;通式:通式:hv+CxHy+H2O H2+CO2;第第8页页9第第9页页102.生物制氢生物制氢与传统化学制氢方法相比,生物制氢含有没有污染、可再生和不消与传统化学制氢
9、方法相比,生物制氢含有没有污染、可再生和不消耗宝贵矿物资源突出优点。耗宝贵矿物资源突出优点。按培养条件:光合生物制氢(藻类、光合细菌)、发酵细菌制氢按培养条件:光合生物制氢(藻类、光合细菌)、发酵细菌制氢(固氮作用等)、光合生物和发酵细菌联合培养制氢。(固氮作用等)、光合生物和发酵细菌联合培养制氢。按产氢机制:光裂解制氢;光发酵制氢、暗发酵制氢;按产氢机制:光裂解制氢;光发酵制氢、暗发酵制氢;第第10页页11第第11页页122.1 光合作用光合作用第第12页页13原初反应原初反应原初反应原初反应 电子传递和电子传递和电子传递和电子传递和光合磷酸化光合磷酸化光合磷酸化光合磷酸化 光反应光反应 暗
10、反应暗反应第第13页页14光反应主要蛋白光反应主要蛋白舞台舞台 主演主演 配角配角第第14页页152.1.1 原初反应原初反应是指是指从光合色素分子从光合色素分子被光激发被光激发,到引发第一个,到引发第一个光化学反应光化学反应为止过程。为止过程。物理过程:光吸收、传递物理过程:光吸收、传递化学过程:电子传递化学过程:电子传递特点特点1.1.速度非常快,速度非常快,1012 s 109 s内完成;内完成;2.与温度无关,与温度无关,(77K,液氮温度,液氮温度)(2K,液氦温度,液氦温度);3.量子效率靠近量子效率靠近1。第第15页页16天线色素天线色素 特殊色素特殊色素 第第16页页17第第1
11、7页页18第第18页页19光吸收与传递光吸收与传递 色素分子能态色素分子能态激激发态命运命运1.1.放放热2.2.发射射荧光与磷光光与磷光3.3.色色素素分分子子间能能量量传递 4.4.光化学反光化学反应第第19页页20色素分子间能量传递色素分子间能量传递激子传递激子传递激子通常是指非金属晶体中由电子激发量子,它激子通常是指非金属晶体中由电子激发量子,它能转移能量但不能能转移能量但不能转移电荷。转移电荷。这种在这种在相同分子间相同分子间依靠激子传递来转移能量方式称为激子传递。依靠激子传递来转移能量方式称为激子传递。第第20页页21共振传递共振传递在色素系统中,一个色素分子吸收光能被激发后,其中
12、高能电子振在色素系统中,一个色素分子吸收光能被激发后,其中高能电子振动会引发附近另一个分子中某个电子振动动会引发附近另一个分子中某个电子振动(共振共振),当第二个分子电子振动,当第二个分子电子振动被诱导起来,就发生了电子激发能量传递。这种依靠电子振动在分子间被诱导起来,就发生了电子激发能量传递。这种依靠电子振动在分子间传递能量方式就称为传递能量方式就称为“共振传递共振传递”。在共振传递过程中,供体和受体分子在共振传递过程中,供体和受体分子能够是同种,也能够是异种分能够是同种,也能够是异种分子子。能量传递过程中不发生光吸收和电子传递。能量传递过程中不发生光吸收和电子传递。第第21页页22能量传递
13、过程能量改变能量传递过程能量改变 第第22页页23光化学反应光化学反应 反应中心反应中心 反应中心是发生原初反应最小单反应中心是发生原初反应最小单位,它是由位,它是由反应中心色素分子反应中心色素分子、原初原初电子受体电子受体、次级电子受体与供体次级电子受体与供体等电等电子传递体,以及维持这些电子传递体子传递体,以及维持这些电子传递体微环境所必需微环境所必需蛋白质蛋白质等成份组成。等成份组成。原初电子受体原初电子受体是指直接接收反应是指直接接收反应中心色素分子传来电子电子传递体中心色素分子传来电子电子传递体 反应中心色素分子是光化学反应反应中心色素分子是光化学反应中最先向原初电子受体供给电子,所
14、中最先向原初电子受体供给电子,所以反应中心色素分子又称以反应中心色素分子又称原初电子供原初电子供体体。第第23页页24第第24页页25原初反应原初反应光化学反应光化学反应原原初初反反应应光光化化学学反反应应实实际际就就是是由由光光引引发发反反应应中中心心色色素素分分子子与与原原初初电电子受体间氧化还原反应子受体间氧化还原反应,可用下式表示光化学反应过程:,可用下式表示光化学反应过程:PA P*A P+A基态反应中心基态反应中心 激发态反应中心激发态反应中心 电荷分离反应中心电荷分离反应中心反应中心出现了电荷分离反应中心出现了电荷分离(P+)(A-),到这里原初反应也就完成了。,到这里原初反应也
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