[發(fā)明專利]一種寬溫醇解快速制氫方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211418469.8
• 申請日: 2022-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN115744817A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽柳章;劉米粒;劉江文;鐘浩;王輝;朱敏
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B3/02
• 分類號(hào): C01B3/02
• 代理公司: 北京博爾赫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 16045
• 代理人: 王燦

本發(fā)明屬于制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種寬溫醇解快速制氫方法。本發(fā)明采用易制備的硅基合金和甲醇作為反應(yīng)原料，利用兩者的直接接觸發(fā)生醇解反應(yīng)，可快速獲取大量氫氣。所述硅基合金包括Li?Si合金、Na?Si合金和Mg?Si合金；所述固液反應(yīng)制氫過程在?40～50℃的寬溫條件下進(jìn)行。本發(fā)明具有操作簡單、供氫溫度范圍寬、產(chǎn)氫量高、綠色環(huán)保、易工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可在0℃以下快速產(chǎn)氫，適用于多工況和復(fù)雜極限環(huán)境下的現(xiàn)場按需供氫，安全可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制氫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬溫醇解快速制氫方法。

背景技術(shù)

氫氣作為一種綠色能源載體，具有可再生、能量密度高、零排放等優(yōu)點(diǎn)，被視為實(shí)現(xiàn)碳減排的重要手段。然而，氫氣的高效、安全儲(chǔ)運(yùn)仍限制著氫能的規(guī)模化應(yīng)用。與傳統(tǒng)高壓儲(chǔ)氫技術(shù)相比較，基于固體還原劑與液態(tài)氫源(如水、甲醇等)之間的化學(xué)反應(yīng)制氫技術(shù)，可在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)運(yùn)與供應(yīng)，既滿足了供氫系統(tǒng)的運(yùn)行要求，也避免了高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)的安全性問題。

化學(xué)反應(yīng)制氫技術(shù)常用的固體還原劑主要有Mg、Al、Si和NaBH₄，目前它們與水之間的室溫反應(yīng)供氫系統(tǒng)已得到了廣泛研究，例如Xu等人通過球磨Si粉末、KOH和蔗糖制備了一種硅基制氫材料，該材料在19℃以上可以與水自發(fā)反應(yīng)生成大量氫氣(InternationalJournal ofHydrogen Energy，2016，41，12730-12737)。然而，全球用氫環(huán)境的多樣性要求供氫系統(tǒng)在0℃以下也能快速供氫，但受冰點(diǎn)(0℃)的限制，純水無法用于該條件下的制氫反應(yīng)。例如美國SiGNa化學(xué)公司開發(fā)了一種離子型NaSi化合物水解供氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)在室溫條件下產(chǎn)氫性能優(yōu)異，但是無法滿足0℃以下條件的有效供氫(US 9669371B2；ECS Trans，2012，42，219)。

目前為兼顧0℃以下的用氫環(huán)境，化學(xué)反應(yīng)制氫一般采用冰點(diǎn)更低的反應(yīng)劑，如水/乙醇混合液、高濃度鹽溶液等。其中Mussabek等人利用復(fù)雜的HF電化學(xué)刻蝕技術(shù)制備了一種多孔納米硅粉末，在23℃下該多孔納米硅粉末與水/乙醇混合液反應(yīng)100h釋放出820mL/g的氫氣，但在-40℃下需反應(yīng)超過120h才可放出343mL/g的氫氣(Nanomaterials，2020，10，1413)；Su等人則利用機(jī)械球磨制備了一種Al合金/NaCl/g-C₃N₄復(fù)合材料，在25℃下該復(fù)合材料與自來水可在1min內(nèi)釋放出1170mL/g的氫氣，但是在-20℃下該復(fù)合材料與23wt％的NaCl溶液反應(yīng)60min才放出了1006mL/g的氫氣(Energy，2021，218，119498)。

另外，通過CaMg₂合金與甲醇之間進(jìn)行醇解反應(yīng)，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣制備(ChemSusChem，2020，13，2709-2718)，在25℃下該反應(yīng)可在1min內(nèi)釋放出858mL/g的氫氣，但是-20℃下該反應(yīng)經(jīng)100min也僅能放出563mL/g的氫氣。顯然，上述方法在室溫下雖然可實(shí)現(xiàn)氫氣的有效供應(yīng)，但在低溫條件下的制氫速率十分緩慢，無法滿足低溫環(huán)境的快速供氫需求。

因此，如何提供一種寬溫醇解快速制氫方法，在保證原料價(jià)格低廉、產(chǎn)氫量高、供氫溫度范圍寬的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)低溫快速制氫是本領(lǐng)域亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種寬溫醇解快速制氫方法，以解決現(xiàn)有的制氫方法存在低溫條件下產(chǎn)氫速率慢，難以滿足應(yīng)用的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種寬溫醇解快速制氫方法，包括以下步驟：將硅基合金與甲醇進(jìn)行醇解反應(yīng)，得到氫氣；

所述硅基合金與甲醇的質(zhì)量體積比為0.2～1.2g：5mL。

優(yōu)選的，所述醇解反應(yīng)的溫度為-40～50℃，所述醇解反應(yīng)的時(shí)間為0.1～23min。