用于生成氢的组合物和方法技术

本发明专利技术涉及用于由水产生氢的组合物和方法，涉及在有效量的活化剂的存在下使金属颗粒与水反应。本发明专利技术尤其涉及在有效量的活化剂催化剂的存在下，通过使选自由铝（Ａｌ）、镁（Ｍｇ）、硼（Ｂ）、硅（Ｓｉ）、铁（Ｆｅ）和锌（Ｚｎ）组成的组中的金属颗粒与水反应而产生氢的组合物和方法，其中，活化剂选自由碱金属、碱土金属和碱土金属氢氧化物所组成的组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及以受控方式通过金属与水反应而产生氢气、以及使用所产生的氢气的装置(apparatuses)、方法、组合物和程序(工艺，processes)。
技术介绍
已投入巨大的努力寻找替代燃料以降低对矿物燃料的依赖以及消除或降低与矿物燃料的燃烧有关的污染。氢气由于其巨大的燃烧热(与任何其它物质相比其燃烧热最高)和其环境最友好的产物(水蒸气)是最具吸引力的替代燃料。此外，氢是宇宙中最丰富的元素。尽管其具有广泛的可用性和显著的优点，但由于若干技术问题尚未得到满意解决，目前仍然未利用氢气作为所选燃料。这些问题一般涉及设计安全、有效和经济的生产、 储存、运输和利用大量氢气的方法，以使该燃料在经济上可行。已描述了很多用于生成氢气的方法。最常用的方法是电解水、煤炭气化、天然气的蒸气重整(蒸汽重整，steam reforming)、重油的部分氧化以及使用太阳能或核反应堆的热量将蒸气分解成其组成元素。然而，这些生产大量氢气的方案需要较多固定设备、大生产能力和外部能源的大量输入。此外，上述方法均未提供储存氢气的方法，这表明在储存、运输和安全性(方面) 存在着严重的问题。氢气具有极低的密度，与空气(混合)具有高度爆炸性。为克服储存、处理(handling)和运输氢气的问题，已根据利用时的需求提出不同的用于产生氢的方法用于储存和生产氢的金属氢化物在室温下，某些基于金属的化合物在中压 (moderate pressure)下(低于7MPa)吸收氢气，形成可逆的金属-氢化合物，称为氢化物。 当降低压力或施加热时，金属氢化物能够释放氢。尽管认为该方法是紧凑的(compact)氢储存(体积方式(volume wise))，但实际氢化物却含有质量分数相对较低的氢(在常用的氢化铁钛(iron titanium hydride)中，氢的质量分数仅为约1. 7% )，这暗示着低能量密度。具有相对高的氢含量的氢化物的生产过程目前是复杂且非常昂贵的。某些金属和水的反应(例如，碱金属、镁、铝)可视为氢和能量的潜在来源。铝可作为一种用于该反应的非常有前途的候选物，因为氢量高(理论上，在标准条件下每克铝为1. M升)，产生的能量高，处理方便安全，具有可用性和相对低的成本。由于主要残留物 (氢氧化铝)是环境友好的，该反应也是值得期望的。环境条件下，铝在空气中无反应性， 而水容易获得并且容易储存。此外，在为直接使用(例如，用于燃料电池、内燃机、燃气涡轮机、电池替代品、海洋和水下推进等)而就地生产之前的任何阶段都不需处理氢气。然而由于在金属表面自然形成的保护性氧化物(或氢氧化物)层，在一般环境条件下，铝通常不与水(也不与空气)反应。在通常的应用中，这种“钝化”现象是一种防止腐蚀的幸运的特性， 只要环境不是过于酸性或碱性的。同时，它实际上阻止铝-水反应。因此产生氢气的铝和水之间的反应的实施需要活化，据信(需)引起保护层的连续破坏。许多提高铝与水的反应性的方法，在本领域中是已知的一种方法是对铝进行机械处理(切割或摩擦)以形成新鲜金属表面，该表面可与水反应。例如，水下摩擦金属材料以及伴随摩擦对氧化物膜的机械破碎在美国专利号 7，008，609 中公开。K. Uehara, H. Takeshita 禾口 H. Kotaka 在"Hydrogen gas generation in the wet cutting of aluminum and its alloys，，(Journal of Materials Processing Technology, 127卷，2002，174-177页)中研究了由于在新鲜铝表面和水反应过程中的氢气生成所导致的鼓泡(bubbling)。通过在包含热冲击处理(其中，对铝微粒进行反复加热和冷却)的水中粉碎铝而获得的微小铝颗粒与水反应的活化，在美国专利号7，235，226中描述。通过机械方法连续去除铝上的钝化层，以维持铝辅助的水裂解反应，已在法国专利号2，465，683中公开。美国专利号5，052，272,5, 143，047,5, 712，442 和 5，789，696 描述了利用铝和水的受控氢发生器(hydrogen generators)，其中保护性氧化物膜的破坏是通过对金属快速电加热至其熔点以上来实现的。欧洲专利号0055134A1公开了通过诱导均浸没在水中的铝线(铝丝，aluminum wire)和铝桶(铝鼓，aluminum drum)间的放电而产生氢的方法。当在线和桶之间施加电压时，发生电弧放电(拱形放电，arching discharge)，帮助破坏在线尖端形成的氧化层，将新鲜的铝暴露在水中。因此，当使线供电至桶时，连续的氢气产生是可能的。该过程具有两个主要的缺点。首先，由于此过程缓慢，反应产生的热量由于在水中消散而被浪费。其次， 它是一个需要能量的过程每1克铝需要约10KJ电能以维持反应。第二种方法包括将碱金属氢氧化物，主要是氢氧化钠或氢氧化钾加入水中，如美国专利号 2，721，789,6, 506，360,6, 638，493,6, 800，258,6, 834，623,7, 029，778 和美国专利申请20040081615所公开的。类似的方法包括在具有金属的混合物中存在有效量的催化剂，其中所述催化剂是水溶性无机盐，如美国专利号3，932，600,3, 985，865,6, 440，385,6, 582，676和美国专利申请20050232837所公开。美国专利号6，582，676和欧洲专利申请EU0417279A1描述了使用铝和陶瓷 (ceramic)，尤其是钙/镁氧化物，通过水裂解反应产生氢气。一旦与水接触，这些化合物引起PH的大幅升高(即创造碱性环境)，激发Al的腐蚀并伴随氢气的释放。遗憾的是，氢氧化物化学品导致所产生的产物具有非常高的碱度，使其具有腐蚀性，处理危险，并潜在污染环境。这提高了该技术的成本并增加了安全性和污染问题。又一个缺点是反应产物不易处理和回收利用。另一种方法包括在与水的反应中使用铝和不同金属的合金以产生氢，如美国专利号 4，182，748,4, 207，095,4, 324，777,4, 358，291,4, 752，463,5, 867，978 和 6，969，417 所公开的。合金包括碱金属、汞和铝，其与催化有效量的金属结合，此金属包括钼、钯、锗、锑、 镓、锡等中的一种或几种。通过在惰性气氛中熔化组合物获得合金。有时，铝仅构成合金质量的一小部分。因为通过熔化来产生反应性合金，所以难以获得由于大的表面积而有利于与水快速反应的粉末形式的反应性材料。此外，汞齐化(amalgamation)或使用金属如汞、钼、钯、镓等导致产生氢的成本增加。而且，鉴于其毒性，尤其反对使用汞。此外，从工艺技术的观点出发，相当数量的碱金属的使用是不利的。总之，大多数通过铝和水之间的反应生产氢的可用方法具有某些严重的缺点，如复杂、成本高、具有毒性、产率低、过程缓慢、活化剂用量大等。
技术实现思路
基于水的化学分解，氢可通过不同的方法制备其中有金属与酸性水溶液或水的反应、水的热分解和水的电解。金属如锌或铝与酸的反应相对直接(straight)。然而，它非常具污染性并且需要大量的酸和远远过量的水。金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种组合物，其用于通过所述组合物与水反应而产生氢，所述组合物包括：ａ）贱金属，选自包括铝（Ａｌ）、镁（Ｍｇ）、硼（Ｂ）、硅（Ｓｉ）、铁（Ｆｅ）和锌（Ｚｎ）的组；和ｂ）有效量的活化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦莱里·罗森本德，
申请(专利权)人：工业研究与发展基金会有限公司，
类型：发明
国别省市：IL