[发明专利]利用硼氢化物组合物自发制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢能技术领域，具体涉及一种利用硼氢化物的组合物进行自发水解制取氢气的方法。

背景技术

氢气是一种非常有前途的可再生清洁能源，相比起其它的能源，氢能具有非常明显的优越性，因为氢的能量密度大，单位质量氢反应所释放的热能是汽油的三倍。而且，氢与氧反应唯一的产物就是水，不会对环境造成负面影响。要实现氢能的广泛运用，首先必须解决两个问题：1、氢气的现场供应；2、氢气的存储运输。目前常用的制氢方法有电解水制氢、化石能源制氢、生物制氢、烃类分解制氢、氨裂解制氢、硫化氢分解制氢、太阳能直接光电制氢、辐射性催化剂制氢、电子共振裂解水、氢化物水解制氢等等。而主要的储氢方法有高压气态储氢、液化储氢、金属氧化物储氢、碳质吸附储氢和化学氢化物储氢。

氢是质子交换膜燃料电池的高效燃料，但是，氢的生产、运输和储存在产业结构上还存在很大问题，特别对于便携式燃料电池的应用，现场制氢和供氢系统的建立非常迫切。金属氢化物储氢技术是一种可小型化的储氢技术方法，这种储氢方法尽管具有充放氢可逆性好、循环寿命长等优点，但是，由于金属的密度大，储氢容量低、储氢合金容易粉化，绝大多数金属的储氢质量分数为1.5％～3％，无法满足实用化要求。而在现有的化学品产氢技术中，氢化镁是其中一种产氢材料，它遇水可以发生水解，反应速率快，具有十分优良的放氢动力学性质。但氢化镁水解反应非常激烈，产氢速率难以控制，遇空气可自发燃烧，具有一定危险性，不利于保存，而且，氢化镁的价格昂贵，制氢成本高。

硼氢化物是一类化学储氢材料，以硼氢化钠为例，它在二十世纪五十年代开始用作还原剂时，人们就认识到它能水解产氢的特性，并加以利用。硼氢化钠作为一种良好的储氢材料能够在一定条件下稳定保存，它的半衰期长，在加碱情况下能稳定存在。目前利用硼氢化物水解制氢的方法主要是利用催化剂分解。为了改善产氢效果，一般都会将催化剂负载到高比表面积的基底上，但这种方法还是有很大的局限性：1，将催化剂负载到基底上的工艺过程复杂，同时在制作过程中会造成催化剂的损耗，增加催化剂的制作时间和成本；2，催化剂在基底上的附着力差，因为反应过程中产生的氢气会不断冲击基底上的催化剂，使催化剂从基底上脱落，影响反应的效果；3，硼氢化物溶液需要首先用强碱稳定，不仅实际应用困难，而且容易引起爬碱、粘接、腐蚀等问题；4，硼氢化物在反应过程中会不断地生成偏硼酸盐，对于高浓度的硼氢化物溶液，随着水解反应过程中水的不断消耗，偏硼酸盐会以胶体的形式存在于溶液中，这些胶体会覆盖在基底表面，抑制催化剂的催化效果，使反应速率很快衰减，从而难以实现大规模的稳定产氢[E.Y.Marrero-Alfonso，et al.，Int.J.Hydrogen Energy，2007，32，4723-4730]。本发明发现硼氢化钠在不加添加剂的情况下，它的自分解速率慢。而加入某些添加剂后能迅速发生水解产氢，产氢速率能通过改变添加剂的加入量而改变，产氢速率稳定可控，有利于实现氢气的现场制作和供应。硼氢化钠的这些特点使它在现场制氢的研究上受到关注[H.I.Schlesinger，et al.，J.Am.Chem.Soc.，1953，75，215-219]。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有硼氢化物供氢技术存在的上述的不足，提供一种方便、可控性和稳定性高的利用硼氢化物组合物自发制氢的方法，本发明通过对硼氢化物的改性而实现现场小型至大规模稳定制氢和供氢。本发明通过如下技术方案实现：

利用硼氢化物组合物自发制氢的方法，其包含如下步骤：

(1)将硼氢化物、活化剂和填充剂分别干燥、粉碎，然后混合均匀得硼氢化物组合物，所述硼氢化物与活化剂的重量比为99:1～5:1，所述活化剂与填充剂的重量比为1:1～1:10；所述活化剂为氯化钴、氯化镍、氯化铁、硝酸钴、硫酸钴中的一种或两种以上的混合物；所述填充剂为碳粉、碳纳米管、氧化铝、氧化硅、沸石中的一种或两种以上的混合物；

(2)将步骤(1)得到的硼氢化物组合物加入水中，即可稳定地产生氢气。

上述方法中，步骤(2)中通过改变硼氢化物组合物的组成比例，或改变硼氢化物组合物与水的比例来控制产生氢气的速度；且随着硼氢化物组合物中活化剂比例增大，产氢量也增加。

上述方法中，所述硼氢化物为硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化锂中的一种或两种以上的混合物。

上述方法中，步骤(2)中所述硼氢化物组合物与水的重量比为1:2000～1:10。