硼氢化钠-肼混合燃料制备氢气的方法技术

本发明专利技术公开了一种氢气的制备方法，特别涉及一种硼氢化钠－肼混合燃料制备氢气的方法。包括在常温常压下将硼氢化钠粉末溶于水合肼Ｎ↓［２］Ｈ↓［４］.Ｈ↓［２］Ｏ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；将硼氢化钠－肼混合水溶液通过填充有催化剂的反应器，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。肼是一种比硼氢化钠含氢量更高的化学氢化物，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氢气的制备方法，更具体地说，本专利技术涉及一种。
技术介绍
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 6 358 488)报道了采用镍、钴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Na朋4十2H20—4H2+NaB02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IO瓦以下的燃料电池供氢
技术实现思路
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。本专利技术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N2ILrH20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O. 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，本专利技术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。具体实施方式下面将对本专利技术进行详细描述。硼氢化钠粉末可以溶于水合肼N2H4，H20得到硼氢化钠-肼混合水溶液，其 原理是硼氢酸根离子(BIV)中的氢与水合肼中肼(N2H4)上的氢和水(H20) 上的氢都能形成氢键，氢键的形成更为容易，因而硼氢化钠在水合肼中的溶解度 更大。本专利技术中，以多孔状的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作为催化剂，其原理是硼氢酸根离子 (BH4—)中的H—的电子通过上述催化剂元素电子结构的最外层空轨道传递到H20 使得H20的H-0键断开形成氢分子，剩下的02—与B元素结合形成B(V离子，释放出能量，吸附在上述催化剂元素电子结构的最外层空轨道的N2H4分子吸收这部分能量后，N-H键发生断裂而形成氮气和氢气。在制备催化剂时，以该金属的硝酸盐、硫酸盐或卤化物作为催化剂的前驱， 其原理是将金属的硝酸盐、硫酸盐或卤化物配制成0. 1-1M的水溶液，将溶液 浸入微孔陶瓷后干燥，然后充填入反应器。通入硼氢化钠-肼混合溶液后，上述 金属盐被硼氢化钠还原而获得催化活性极高、比表面积极大的微粒金属催化剂， 粒径只有几纳米。也可以上述的金属元素和铝混合，利用熔融的方法或球磨机械 合金的方法形成合金，将这些铝合金制成粉末后，通过烧结的方法载到金属基体 材料上。然后用5-20wt。/。的氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行脱铝获得催化活性极高 的金属催化剂。前一种方法适用于将催化剂载到微孔陶瓷中，后一种方法适用于 将催化剂载到金属基体上。微孔陶瓷或有机物为载体材料的催化剂催化剂的比表 面积大、催化活性好，金属元素利用率高，成本低廉，但机械性能较差，难以满足承受长时间、产氢速度要求较高的氢发生器的设计要求，寿命较短。以金属为 载体材料的催化剂机械性能较好，可以满足承受长时间、产氢速度要求较高的氢 发生器的设计要求，寿命较长，但比表面积和催化活性都不如前一种方法。因 此，前一种方法适用于为小功率燃料电池供氢，后一种方法适用于为大功率燃料 电池供氢。本专利技术采用包括以下步骤(1) 在常温常压下将硼氢化钠粉末溶于水合肼N2ILrH20得到硼氢化钠-肼混合水溶液，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多孔状催化剂的反应器，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。更优化的方案是硼氢化钠肼水的质量比例为100: 20: 100 200。 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 %。在硼氢化钠-肼混合水溶液在催化剂的作用下，硼氢化钠由于水解反应速度 大于肼水解反应速度，硼氢化钠优先放氢。在高浓度时，硼氢化钠的本文档来自技高网...

【技术保护点】
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Ｎ↓［２］Ｈ↓［４］.Ｈ↓［２］Ｏ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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李洲鹏，刘宾虹，朱京科，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]