[发明专利]基于硼氢化物水解的快速持续产氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种产氢方法，特别涉及一种基于硼氢化物水解的快速、持续产氢方法，属于新能源技术领域。

背景技术

氢气是质子交换膜燃料电池(PEM-FC)的重要原料，然而氢气储存对燃料电池的商业化有至关重要的作用。常用的物理储氢方法使用高压气态储氢和低温液态储氢方法，或者两者的混合，但是物理储氢方法的缺点也显而易见。首先，各种物理储存氢气方法，需要使用高压和低温，系统复杂性非常高，价格昂贵；同时由于非常多的附加设施，使得实际储氢质量百分比(H₂wt％)较低；而且高压和低温条件有非常多安全问题，限制了其民用范围。

利用各种物质的水解产生氢气，也是一类重要的制氢技术。其中，硼氢化物水解制氢技术得到广泛关注。常温下硼氢化物和水的反应较慢，不可以提供足够的H₂给负载。研究发现，硼氢化钠水解速率与温度和溶液pH值的关系可以用下面的公式来表示：

log(t_1/2)＝pH-(0.034T-1.92)方程式(1)

所以现在有各种技术，着重于控制和提高硼氢化钠的反应速度，并提高其实际的H₂wt％。

另外，硼氢化钠在室温下可以发生水解制得氢气，会放出大量的热，其反应如下：

NaBH₄+2H₂O＝4H₂+NaBO₂；ΔH＝-210kJ/mol方程式(2)

在实际应用时，处理这些热量也是个棘手的难题。通常的，需要利用加大散热方法，将反应生产的热排除出体系。

现阶段，硼氢化物水解制氢技术一般有几类。一种是将硼氢化钠溶解于高浓度碱性溶液中，在需要产生氢气的时候，使用催化剂(一般为金属催化剂)接触溶液，放出氢气。该体系由于碱性浓度大，有较多安全问题；同时由于硼氢化物在水中的饱和溶解度的限制，实际反应物体系的含氢量不大，而且由于需要有机械机构投放和回收催化剂，结构非常复杂。其次，使用催化剂来产氢时，硼氢化物水解产物NaBO₂可能会附着在催化剂表面，导致催化剂表面被氧化而使催化剂失活，并且催化剂比表面积下降，延缓反应速率。而且贵金属催化剂花费较贵，因此提高了制氢的成本，从而限制利用硼氢化钠水解制氢的工业化应用。

另一种方法是将催化剂和固体硼氢化物先混合，然后和水接触反应产氢。该体系中需要使用较多的催化剂，而且催化剂也容易附着NaBO₂而失效。另外，制备和使用催化剂的成本也较高，催化剂中含有重金属，也不利于民用和回收。

此外，另外一种方法是将硼氢化物和固体酸混合，然后和水接触产生氢气。该方法制备非常简单，使用也简单，而且设备也可以做的非常简单。但是，如果需要将硼氢化物水解在短时间内完成放氢，就需要酸性物质和硼氢化物的摩尔比达到1∶1左右，使得含氢量大大降低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于硼氢化物水解的快速持续产氢方法，以克服了现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种基于硼氢化物水解的快速持续产氢方法，其包括：

触发反应阶段，包括：将硼氢化物与酸性物质的水溶液同时接触，或者将硼氢化物、酸性物质和水同时接触，从而反应生成氢气，并释放热量，使反应体系被加热至设定温度，该设定温度至少能够使硼氢化物与水发生水解反应；

以及，持续反应阶段，包括：使硼氢化物在所述设定温度下与水发生水解反应，持续产生氢气，并释放热量，使反应体系的温度维持在设定温度以上，直至反应完成。

在一些较佳实施方案中，在持续反应阶段，所述反应体系不含酸性物质。

在一些较佳实施方案中，所述的设定温度优选为25～200℃。

进一步的，所述的设定温度尤其优选为50～200℃。

进一步的，所述硼氢化物包括硼氢化钠、硼氢化锂或硼氢化钾中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步的，所述酸性物质包括酸性有机物或酸性无机物中的任意一种或两种的组合。

更进一步的，所述酸性物质包括强酸或弱酸。

优选的，所述酸性物质选自弱酸。例如，所述酸性物质可以包括硼酸，但不限于此。

前述的酸性物质可以是一种(纯组分)，也可以是多种的组合(混合物)。

在一些较佳实施方案中，所述触发反应阶段及持续反应阶段均在保温耐压容器中进行。