[发明专利]硼氢化物水解制备氢气的方法、装置及应用

说明书

技术领域

本发明属于清洁能源利用领域，涉及氢气的制备方法，尤其涉及一种硼氢化物水解制备氢气的方法、装置及应用。

背景技术

近年来，随着社会和科技的发展以及化石燃料的枯竭，氢气等新能源开发已经成为研究热点。质子交换膜燃料电池作为氢能源应用的重要领域一直备受关注，目前，在车用质子交换膜燃料电池等大中型燃料电池的研究方面也取得了较大的进展。但是，随着特殊领域对小型燃料电池的需要，燃料电池小型化逐渐成为亟待解决的问题。目前给燃料电池供应氢气的方法多为高压储氢，但这对于用氢量有限的小型燃料电池来说，高压储氢设备就显庞大、复杂、不方便，因此，开发一种合理、平稳、能直接应用的制氢方法是解决小型化燃料电池氢气供应的关键。

另外，现有硼氢化物催化产氢的方法中，大多以追求氢气产生的高速度、高纯度、可控性为目的，期望能在较短时间内产生足量的高纯度氢气，并将其存储应用。目前已公开的相关专利中，很少涉及如何采取有效手段使产氢速率在满足特定需求的条件下变得更加平稳。在小型质子交换膜燃料电池领域，由于其输出功率有限(2W-50W)，需要的氢气供应速度不高，甚至在某些特殊条件下没有氢气存储和净化手段，因此，开发一种为小型燃料电池即时供氢的制氢方法就显得尤为重要。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种制备氢气过程平稳，产气速率可控，反应装置简单的硼氢化物水解制备氢气的方法及装置。

硼氢化物水解制备氢气的方法，在碱性条件下硼氢化物水解制备氢气，以非贵金属负载于分子筛作为双金属催化剂，添加尿素作为反应稳定剂。

所述双金属催化剂活性金属为钴，助催化金属为铈或者锆中的一种。

所述硼氢化物为硼氢化钠，硼氢化钾，硼氢化锂的一种或几种组合。

所述碱性条件通过添加氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙中的其中一种或两种以上的混合物形成。

硼氢化物水解制备氢气方法的装置，包括三口容器，三口容器置于恒温体系中，所述三口容器三个口分别为氢气出口、测温口和加料口，三口容器的氢气出口上部安装有氢气过滤装置。

所述氢气过滤装置为装有固体超强酸的玻璃管，两端有能接胶管的管口。

硼氢化物水解制备氢气方法的应用，该方法用于直接为特定功率的小型质子交换膜燃料电池供应氢气。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)该方法中添加的稳定剂为尿素，目前尚无尿素在此方面应用的报道，具有一定的原创性。尿素的添加对于减缓反应剧烈程度、平稳产氢速率具有显著作用。

(2)该方法强调在满足小型质子交换膜燃料电池氢气供应速率需要的情况下，使氢气匀速产生，根据不同输出功率的小型燃料电池的氢气需求速率，直接为其供氢。

(3)该方法制备的氢气不需要存储、深度净化及干燥，仅通过设置简易氢气过滤装置除去少量碱雾即可直接利用，并且利用本发明方法制备出的氢气具有一定湿度，对燃料电池质子交换膜具有一定润湿作用。

(4)该方法应用对象固定(小型质子交换膜燃料电池)，没有单纯追求氢气制备的高速度、高纯度，重点提供了一种质子交换膜燃料电池小型化过程中可直接应用的供氢技术。

(5)该方法中所涉及的催化剂(非贵金属双金属催化剂)、稳定剂等原材料成本低，经济性明显。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图。

图2为实验例1和实验例2产氢效果对比图；

图3为实验例3产氢效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明装置结构示意图，如图1所示，硼氢化物水解制备氢气方法的装置，该装置包括三口容器三口烧瓶，三口容器置于恒温体系中，恒温体系由恒温水槽8和自动控温装置1组成，三口烧瓶的三个口分别为氢气出口3、测温口4和加料口5，三口容器的氢气出口3上安装有氢气过滤装置2和气体流量计9。

硼氢化物水解制备氢气的方法实施例：

实施例1：

用适量NaBH₄、NaOH配制溶液作为反应液，以金属钴和金属铈负载于分子筛作为双金属催化剂，添加一定量尿素作为反应稳定剂来制取氢气。

实施例2：