[發(fā)明專利]利用硼氫化物組合物自發(fā)制氫的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810219455.7
• 申請日: 2008-11-27
• 公開（公告）號: CN101428756A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈培康;招睿雄;黃岳強;方翔;趙祖珍
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: C01B3/06
• 分類號: C01B3/06
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氫能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用硼氫化物的組合物進行自發(fā)水解制取氫氣的方法。

背景技術(shù)

氫氣是一種非常有前途的可再生清潔能源，相比起其它的能源，氫能具有非常明顯的優(yōu)越性，因為氫的能量密度大，單位質(zhì)量氫反應(yīng)所釋放的熱能是汽油的三倍。而且，氫與氧反應(yīng)唯一的產(chǎn)物就是水，不會對環(huán)境造成負(fù)面影響。要實現(xiàn)氫能的廣泛運用，首先必須解決兩個問題：1、氫氣的現(xiàn)場供應(yīng)；2、氫氣的存儲運輸。目前常用的制氫方法有電解水制氫、化石能源制氫、生物制氫、烴類分解制氫、氨裂解制氫、硫化氫分解制氫、太陽能直接光電制氫、輻射性催化劑制氫、電子共振裂解水、氫化物水解制氫等等。而主要的儲氫方法有高壓氣態(tài)儲氫、液化儲氫、金屬氧化物儲氫、碳質(zhì)吸附儲氫和化學(xué)氫化物儲氫。

氫是質(zhì)子交換膜燃料電池的高效燃料，但是，氫的生產(chǎn)、運輸和儲存在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上還存在很大問題，特別對于便攜式燃料電池的應(yīng)用，現(xiàn)場制氫和供氫系統(tǒng)的建立非常迫切。金屬氫化物儲氫技術(shù)是一種可小型化的儲氫技術(shù)方法，這種儲氫方法盡管具有充放氫可逆性好、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，但是，由于金屬的密度大，儲氫容量低、儲氫合金容易粉化，絕大多數(shù)金屬的儲氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％～3％，無法滿足實用化要求。而在現(xiàn)有的化學(xué)品產(chǎn)氫技術(shù)中，氫化鎂是其中一種產(chǎn)氫材料，它遇水可以發(fā)生水解，反應(yīng)速率快，具有十分優(yōu)良的放氫動力學(xué)性質(zhì)。但氫化鎂水解反應(yīng)非常激烈，產(chǎn)氫速率難以控制，遇空氣可自發(fā)燃燒，具有一定危險性，不利于保存，而且，氫化鎂的價格昂貴，制氫成本高。

硼氫化物是一類化學(xué)儲氫材料，以硼氫化鈉為例，它在二十世紀(jì)五十年代開始用作還原劑時，人們就認(rèn)識到它能水解產(chǎn)氫的特性，并加以利用。硼氫化鈉作為一種良好的儲氫材料能夠在一定條件下穩(wěn)定保存，它的半衰期長，在加堿情況下能穩(wěn)定存在。目前利用硼氫化物水解制氫的方法主要是利用催化劑分解。為了改善產(chǎn)氫效果，一般都會將催化劑負(fù)載到高比表面積的基底上，但這種方法還是有很大的局限性：1，將催化劑負(fù)載到基底上的工藝過程復(fù)雜，同時在制作過程中會造成催化劑的損耗，增加催化劑的制作時間和成本；2，催化劑在基底上的附著力差，因為反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氫氣會不斷沖擊基底上的催化劑，使催化劑從基底上脫落，影響反應(yīng)的效果；3，硼氫化物溶液需要首先用強堿穩(wěn)定，不僅實際應(yīng)用困難，而且容易引起爬堿、粘接、腐蝕等問題；4，硼氫化物在反應(yīng)過程中會不斷地生成偏硼酸鹽，對于高濃度的硼氫化物溶液，隨著水解反應(yīng)過程中水的不斷消耗，偏硼酸鹽會以膠體的形式存在于溶液中，這些膠體會覆蓋在基底表面，抑制催化劑的催化效果，使反應(yīng)速率很快衰減，從而難以實現(xiàn)大規(guī)模的穩(wěn)定產(chǎn)氫[E.Y.Marrero-Alfonso，et?al.，Int.J.Hydrogen?Energy，2007，32，4723-4730]。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)硼氫化鈉在不加添加劑的情況下，它的自分解速率慢。而加入某些添加劑后能迅速發(fā)生水解產(chǎn)氫，產(chǎn)氫速率能通過改變添加劑的加入量而改變，產(chǎn)氫速率穩(wěn)定可控，有利于實現(xiàn)氫氣的現(xiàn)場制作和供應(yīng)。硼氫化鈉的這些特點使它在現(xiàn)場制氫的研究上受到關(guān)注[H.I.Schlesinger，et?al.，J.Am.Chem.Soc.，1953，75，215-219]。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于克服現(xiàn)有硼氫化物供氫技術(shù)存在的上述的不足，提供一種方便、可控性和穩(wěn)定性高的利用硼氫化物組合物自發(fā)制氫的方法，本發(fā)明通過對硼氫化物的改性而實現(xiàn)現(xiàn)場小型至大規(guī)模穩(wěn)定制氫和供氫。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

利用硼氫化物組合物自發(fā)制氫的方法，其包含如下步驟：

(1)將硼氫化物、活化劑和填充劑分別干燥、粉碎，然后混合均勻得硼氫化物組合物，所述硼氫化物與活化劑的重量比為99:1～5:1，所述活化劑與填充劑的重量比為1:1～1:10；所述活化劑為氯化鈷、氯化鎳、氯化鐵、硝酸鈷、硫酸鈷中的一種或兩種以上的混合物；所述填充劑為碳粉、碳納米管、氧化鋁、氧化硅、沸石中的一種或兩種以上的混合物；

(2)將步驟(1)得到的硼氫化物組合物加入水中，即可穩(wěn)定地產(chǎn)生氫氣。

上述方法中，步驟(2)中通過改變硼氫化物組合物的組成比例，或改變硼氫化物組合物與水的比例來控制產(chǎn)生氫氣的速度；且隨著硼氫化物組合物中活化劑比例增大，產(chǎn)氫量也增加。

上述方法中，所述硼氫化物為硼氫化鈉、硼氫化鉀、硼氫化鋰中的一種或兩種以上的混合物。

上述方法中，步驟(2)中所述硼氫化物組合物與水的重量比為1:2000～1:10。