[发明专利]硼氢化钠－肼混合燃料制备氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氢气的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种硼氢化钠-肼混合燃料制备氢气的方法。

背景技术

硼氢化钠是含氢量较高的络合氢化物(含氢量10.8wt％)，是一种白色的固体。肼是含氢量更高的共价氢化物(含氢量12.5wt％)。美国专利(US 6 358488)报道了采用镍、钻或储氢合金粉末催化硼氢化钠水解发生氢气的方法。反应方程式如下：

NaBH₄+2H₂O→4H₂+NaBO₂

在常温常压下硼氢化钠能够在催化剂的作用下发生水解反应获得纯净的氢气，与其他储氢方式相比，燃料的储氢量高，是常规金属氢化物储氢的5倍；在反应过程中不需要外加能量就可以把NaBH₄及水中的氢释放出来。近年来，将硼氢化钠作为储氢材料用于供氢的技术引起了科学家和企业的广泛关注。

如果仅仅使用硼氢化钠水溶液，硼氢化钠水溶液在室温下会缓慢水解而释放氢气，无法保存。对反应过程和供氢速度也无法实现有效控制。目前使用的方法是在硼氢化钠水溶液中加入氢氧化钠来稳定硼氢化钠，然后再加入催化剂来促发氢气发生，这种方法虽然能在一定程度上控制反应过程和供氢速度，但是由于氢氧化钠没有储氢功能，氢氧化钠的加入导致燃料能量密度的降低。

肼是一种硼氢化钠的含氢量更高的氢化物，在催化剂的作用下也能发生分解反应释放氢气，日本公开专利(P2004-244251A)报道了利用肼分解产生氢气供给质子交换膜燃料电池进行发电的案例。但肼的水解反应比硼氢化钠的水解反应要慢得多，不适应于大功率的燃料电池系统。肼作为燃料电池氢源应用受到很大的限制，只能为10瓦以下的燃料电池供氢。

发明内容

硼氢化钠不仅能溶于水，而且能溶于氨基化合物。硼氢化钠在水中的溶解度为：56wt％。由于硼氢化钠在室温下会发生水解反应而产生氢气，这是一个无法控制的反应。为了稳定硼氢化钠，通常在溶液中加入一定量的氢氧化钠。硼氢化钠的稳定性随着氢氧化钠加入量的提高而增大，但同时硼氢化钠在氢氧化钠溶液中的溶解度也将随之下降，因而储氢密度也随之下降。为了解决加入氢氧化钠产生的硼氢化钠的稳定性与硼氢化钠溶解度的矛盾，在溶液中加入肼提高硼氢化钠的溶解度。由于氢氧化钠加入硼氢化钠溶液中只起到稳定硼氢化钠的作用，本身并不是储氢材料，氢氧化钠加得越多，不仅使硼氢化钠的溶解度下降，而且储氢密度就下降得越多。而肼是一种比硼氢化钠含氢量更高的化学氢化物。对于燃料电池的供氢设备来说，燃料电池发电装置的能量密度主要取决于燃料的能量密度。加入既能提高硼氢化钠的稳定性，又能提高燃料的能量密度的肼将使产氢更加方便、能量密度更高。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种硼氢化钠-肼混合燃料制备氢气的方法，包括以下步骤：

(1)在常温常压下将硼氢化钠粉末溶于水合肼N₂H₄·H₂O得到硼氢化钠-肼混合水溶液，并加入水使该混合水溶液中硼氢化钠∶肼∶水的质量比例为100∶20～100∶100～200；

(2)将前述硼氢化钠-肼混合水溶液通过填充有催化剂的反应器，硼氢化钠-肼混合水溶液在催化剂的作用下水解，得到氢气和氮气的混合气体，分离后得到氢气产品；

所述催化剂为Pt、Ru、Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti其中任意一种金属，或前述金属中的任意一种的合金；催化剂与步骤(1)中所得到的混合水溶液之间的质量比为0.5～10∶100。

作为一种改进，所述催化剂为Pt、Ru、Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti其中任意一种金属，或前述金属中的任意一种的合金，且以该金属的硝酸盐、硫酸盐或卤化物作为催化剂的前驱。

作为一种改进，所述硼氢化钠∶肼∶水的质量比例为100∶20∶100～200。

作为一种改进，所述步骤(1)中，当硼氢化钠质量含量高于10％，或硼氢化钠-肼混合水溶液中肼的质量含量低于2％时，加入用以增加硼氢化钠的稳定性，氢氧化钠在混合溶液中的质量百分数为5％～10％。氢氧化钠纯度为85％以上的工业品或化学试剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

肼是一种比硼氢化钠含氢量更高的化学氢化物。对于燃料电池的供氢设备来说，燃料电池发电装置的能量密度主要取决于燃料的能量密度。加入肼既能提高硼氢化钠的稳定性，又能提高燃料的能量密度的肼将使产氢更加方便、能量密度更高。

具体实施方式