一种用于硼氢化物制氢的除碱方法技术

本发明专利技术公开了一种用于硼氢化物制氢的除碱方法。所述方法采用固体净化介质除去硼氢化钠制得的氢气中的碱雾，所述的固体净化介质为固体超强酸或固体超强酸和吸水材料的结合物。本发明专利技术提供的除碱方法具有有效节约净化装置的体积、除碱效率高、能有效避免酸液倒流、除碱装置具有万向性的优点，属于气体净化领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氢气的净化方法，具体地讲是涉及。
技术介绍
氢是一种清洁燃料，因为其可以在氢气消耗装置例如燃料电池或者内燃机中与氧气反应 产生能量和水，在反应中没有其它副产物，因此，使用氢作为燃料有效的解决了使用石油燃 料时伴随的环境问题。但是，如何安全、有效的存储氢气一直是技术人员在努力解决的问题 ，许多氢载体包括烃、金属氢化物和化学氢化物都被视为氢储存和供应系统，例如碱金属氢 化物、碱金属铝氢化物和碱金属硼氢化物。其中硼氢化物是一种高储氢含量的材料，既能催 化水解释放氢气作为高容量、高纯氢源材料，又可直接通过电化学方式作为高容量负极材料 ，在典型的多相催化体系中，硼氢化物和水产生氢气和硼酸盐的化学计量反应可以用下面的 化学反应表示NaBH 4十2H20 魁欄> JVoS<92十4J^2 。这种供氢方法，具有以下几个方面的优点(1)硼氢化钠储氢燃料是一种环境友好的 物质，整个发氢与使用过程不排放含碳和含氮的有害气体；(2)与其他储氢方式相比，可 采用液态储存氢的方式，燃料的储氢量高，可达到10.8wty。，是金属氢化物储氢的10倍；(3 )由于使用固体硼氢化钠，储存、使用安全，运载方便；(4)氢气纯度高，不会造成燃料 电池电极催化剂的毒化，也没有伴生气体，不会造成大气环境的污染；(5)能源利用率高 ，反应过程中不需要外加能量就可以把NaBH4及一部分水中的氢释放出来。近来，将硼氢化 钠作为储氢载体用于供氢装置已经引起了人们的极大兴趣和深入研究。现有技术主要针对硼氢化钠制氢用催化剂及氢气发生器的研究，由于气相产物只有氢气 ，普遍认为所产生的氢气纯度较高，不存在污染燃料电池的CO等杂质，但在实际反应过程中 ，由于原料液是硼氢化钠的碱性溶液，反应具有较高的反应速度和较大的热效应，氢气逸出的过程中夹带了大量的碱雾，即呈较强的碱性，如果不经处理直接供给质子交换膜燃料电池 (PEMFC)，会严重影响PEMFC的性能及寿命。因此必须对硼氢化钠水解产生的氢气进行净 化去除碱雾，以保证燃料电池的正常运行。中国专利公开号为CN 2305409Y报道了水解制氢装置中氢气的净化除碱问题，由于设置 冷却冷凝装置不适用于便携式装置；采用酸液洗涤产生的氢气可以有效除碱，但进气管必须 伸到酸液面以下，反应器压力降低时导致酸液容易进入燃料电池电堆或氢气发生器，严重损 害制氢设备。此外，采用酸液洗涤氢气中含有的碱时，由于酸液的存在，导致整个净化装置 不能倒置，否则引起酸液倒流。 一旦酸液倒流到硼氢化物溶液中，会引发剧烈反应，引起爆 炸。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种有效节约净化装置的体积、除碱效率高、避免酸液 倒流、净化装置具有万向性的氢气除碱方法。为解决上述技术问题，本专利技术的专利技术人在现有技术的基础上进行了大量的研究和创造性 的劳动，研制出了，所述除碱方法采用固体净化介质除去 硼氢化钠制得的氢气中的碱雾，所述的固体净化介质为固体超强酸或固体超强酸和吸水材料 的结合物。所述的固体超强酸为负载型固体超强酸、无机盐复配而成的固体超强酸、硫酸根离 子改性金属氧化物、氟代磺酸化离子交换树脂、杂多酸、强酸型分子筛、AlCl3与磺酸根离 子交换树脂形成的配合物固体超强酸中的一类或其中几类的混合物。所述的吸水材料为分子筛、硅胶、碱石灰、脱脂棉、吸水纸中的一种或其中几种的混合物。所述的固体超强酸和吸水材料结合物的结构为吸水材料设于固体超强酸前后，将固体超 强酸夹在中间。所述的固体超强酸和吸水材料结合物还可以为固体超强酸和吸水材料混合而成的混合体本专利技术提供的用于硼氢化物制氢的除碱方法，采用固体超强酸作为除碱剂，可以高效的 脱除硼氢化物制氢过程中产生的碱雾；加入吸水材料可以在吸收水气的同时吸收部分碱雾， 这样既可以减少固体酸的用量，同时还可以满足对湿度要求较高的场合。净化设备中装填固体超强酸和吸水材料的结合体时， 一般固体超强酸前后都设有吸水材料，固体超强酸夹于吸 水材料之间，这样固体超强酸之前的吸水材料在吸收水气的同时也吸收部分碱液，可以减少 固体超强酸的用量；固体超强酸后面设置的吸水材料，除了吸收水气之外，还可以防止固体 超强酸进入气路。本专利技术的除碱方法无需另加冷却冷凝装置，因此体积小，尤其适于便携式 装置，同时由于本专利技术采用的净化介质均为固体，使用时设备可以任意放置，不会发生酸倒 流的情况，使得使用本专利技术方法的净化装置具有万向性，可以应用到更多场合。 具体实施例方式下面结合实施例进一步详细阐述本专利技术。 实施例中的吸水材料、固体超强酸均是市售商品。净化装置出口处氢气的含碱量的测量方法为将净化后的氢气通入一定量的去离子水中， 用pH计实时检测去离子水的pH值变化，每l-2分钟记录一次去离子水的pH值。溶液中的0H— 浓度既可用下式计算^OH)^:LC^ ， x为t min时去离子水中的pH值。实施例l硼氢化钠水解制氢气，氢气的生成速率为1.4L/min，氢气经过净化装置除去其中所含的 碱液，净化装置为一有机玻璃管，内部中间部位装填7.2gS0427Zr02固体超强酸，玻璃管前 端装填高吸收树脂的热合无尘纸，玻璃管后端装填脱脂棉。连续稳定运行150min，净化后的 氢气通入一定量的去离子水中，去离子水的pH值没有发生变化，说明氢气除碱率为100%。实施例2硼氢化钠水解制氢气，氢气的生成速率为2L/min，氢气经过净化装置除去其中所含的碱 液，净化装置为一有机玻璃管，内部中间部位装填15g A1C13-CuCl2复配型固体超强酸，玻 璃管前端装填高吸收树脂的热合无尘纸，玻璃管后端装填脱脂棉。连续稳定运行120min，净 化后的氢气通入一定量的去离子水中，去离子水的pH值没有发生变化，说明氢气除碱率为 100%。实施例3硼氢化钠水解制氢气，氢气的生成速率为lL/min，氢气经过净化装置除去其中所含的碱 液，净化装置为一有机玻璃管，内部中间部位装填5g S04—/Zr02/MCM-41，玻璃管前端装填4A分子筛，玻璃管后端装填脱脂棉。连续稳定运行180min，净化后的氢气通入一定量的去离 子水中，去离子水的pH值没有发生变化，说明氢气除碱率为100%。 实施例4硼氢化钠水解制氢气，氢气的生成速率为O. 5L/min，氢气经过净化装置除去其中所含 的碱液，净化装置为一有机玻璃管，内部中间部位装填3g磷钨酸，玻璃管前端装填碱石灰， 玻璃管后端装填分子筛。连续稳定运行180min，净化后的氢气通入一定量的去离子水中，去 离子水的pH值没有发生变化，说明氢气除碱率为100%。 实施例5硼氢化钠水解制氢气，氢气的生成速率为lL/min，氢气经过净化装置除去其中所含的碱 液，净化装置为一有机玻璃管，内部中间部位装填15g强酸型分子筛HZSM-5，玻璃管前端装 填吸水纸，玻璃管后端装填硅胶。连续稳定运行90min，净化后的氢气通入一定量的去离子 水中，去离子水的pH值没有发生变化，说明氢气除碱率为100%。实施例6硼氢化钠水解制氢气，氢气的生成速率为1.5L/min，氢气经过净化装置除去其中所 含的碱液，净化装置为一有机玻璃管，内部中间部位装填8g Nafion-H。连续稳定运行 120min，净化后的氢气通入一定量的去离子水中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硼氢化物制氢的除碱方法，其特征在于用固体净化介质除去硼氢化钠制得的氢气中的碱雾，所述的固体净化介质为固体超强酸或固体超强酸和吸水材料的结合物。

【技术特征摘要】
1.一种用于硼氢化物制氢的除碱方法，其特征在于用固体净化介质除去硼氢化钠制得的氢气中的碱雾，所述的固体净化介质为固体超强酸或固体超强酸和吸水材料的结合物。2.根据权利要求l所述的用于硼氢化物制氢的除碱方法，其特征在于 所述的固体超强酸为负载型固体超强酸、无机盐复配而成的固体超强酸、硫酸根离子改性金 属氧化物、氟代磺酸化离子交换树脂、杂多酸、强酸型分子筛、A13与磺酸根离子交换树 脂形成的配合物固体超强酸中的一类或其中几类的混合物。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖钢，白永格，王玉晓，
申请(专利权)人：汉能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]