已经应用在很多领域的沸石如今又被发现可以用来作为矿物储氢材料。矿物储氢材料是指自然界中具有结构性纳米孔道的天然多孔矿物,晶体内有大量的空穴和孔道,其纳米孔道具有一维、二维或三维的尺度。由于矿物表面粗糙,比表面较大、表面能较高,常常具有极性从而对氢分子产生吸引,所以矿物储氢的原理除了有物理吸附外,还有化学吸附。矿物储氢材料的吸附性能一般与其比表面积成正相关,其中内表面的贡献远大于外表面。

沸石可作为新型固态储氢材料-国投盛世

矿物储氢的优点是储氢方式简单,成本较低。此外,对矿物进行改性,可以进一步提高储氢性能。天然沸石具有良好的热稳定性、整齐的孔道结构、分子大小的孔径尺寸、强吸附性、高比表面积等特点,是常见的实现工程应用的天然矿物材料之一,已被广泛用作吸附剂、重金属和放射性元素固定、离子交换剂和催化剂,并用于氨-氮吸附以及气体的净化、污水的处理等。沸石的表面积高达100~500m2/g,按照孔道特征可以分为一维、二维和三维体系。但对沸石能否作为理想的储氢材料,众学者分歧很大。

有研究人员发现,磨细的沸石粉样品具有较高的氢吸附能力,吸附氢气质量分数可达7%。Vitillo等发现在77K时,沸石的储氢质量密度最大为1.81%。Weitkamp等发现,含Na+、K+、Rb+等可交换阳离子的A型沸石(除CsA沸石)均有氢气吸附性能,但效果并不理想。Anderson等发现,在低温77K、压力4MPa下,沸石Na-X的储氢质量密度最大为2.55%。针对实验中沸石储氢性能的不同,有学者认为这主要是由于沸石复杂的微孔结构所造成的,沸石的微孔结构被沸石的化学成分、骨架特征及其所含的阳离子所影响,而形成独特的孔笼或孔道组成的二维或三维的复杂孔道体系。一些学者从理论上进行研究,通过采用巨正则蒙特卡洛和分子动力学等手段模拟氢气分子在沸石中的吸附扩散行为。Vitillo等采用分子动力学模拟预测77K时,沸石质量储氢密度为2.65%~2.86%。Du等采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法模拟了ZSM-5分子筛中分子氢在过临界温度时的吸附特性,发现随着温度的降低和压力的增加,氢的吸附量增加。在25K和10MPa时,吸氢质量分数最高为2.24%。