[发明专利]一种硅基高效固态制氢剂

说明书

一种硅基高效固态制氢剂，将金刚石线锯切割硅片时产生的锯屑泥进行清洗回收，然后将回收硅粉与一定比例的专用反应助剂机械混合并模压成块，以塑料薄膜封装即得。所用反应助剂由氢氧化钠、氯化钠、氧化钙和乙醇钠的一种或几种组成。所得制氢剂可直接与水反应生成氢气，每克制氢剂可制氢0.3‑0.6升、最大制氢速率可在0.1‑0.5升/min范围随加水比例和制氢剂配方调控。反应产生的产物为无害的氧化硅和硅酸盐。该制氢剂投入水中即可立时制氢，可为氢能利用提供一种便利的氢气源。

技术领域

本发明属于氢能领域，为氢能利用提供一种便于储运的固态氢气源，涉及一种高效固态制氢剂设计和制备方法。

背景技术

氢能发电是一种与太阳能光伏等其它新能源电力有很大互补优势的清洁电力，但其发展受制于氢难于大量储存和运输这样基本局限。高压储运存在较大安全隐患，成本也较高；各类储氢材料技术迄今还不能达到实用要求；高效固态制氢剂可以方便地储存并运输到使用现场，大量快速制氢提供使用，从而可以成为一种解决氢储运难题的实用选项。

目前常见的固态制氢剂一般为基于铝与水反应生成氢的铝基制氢剂，其原料来源有限且成本较高。基于硅与水反应生成氢的硅基制氢剂可以降低成本，同时扩大固态制氢剂的原料范围。陈鑫等曾公开一种硅/碱金属制氢材料的制备方法（CN 107188123 A）；尹天楚等曾公开一种基于镁硅、铝硅和锌硅合金的制氢材料的制备方法（CN 107188124 A）。这两种方法都涉及合金制备和高温处理要求，成本会较高，且存在高温氧化使制氢材料钝化的隐患。Paul Brack等曾报告一种以硅铁合金制氢的实验研究（International Journalof Energy Research (2017, open access)），结果显示其制氢效率较低。Hsing-Yu Tuan等曾报告一种以回收硅片切割锯屑粉与氢氧化钾溶液反应制氢、并通过添加硅酸和硅酸钠提供制氢效率的研究（Journal of Materials Chemistry A，vol.4 (2016), 12921）；他们进而公开了一种配制反应溶液、加热并与硅粉和水反应制氢的装置。这种方法可以实现低成本高效制氢，但从应用需求来看，它还存在两个问题。一、体系反应形成大量难溶于水的硅酸钾沉淀，难于从反应釜及时排放，不利于大规模连续应用；二、用户需要每次配制反应溶液，在许多现场应用中十分不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本的高效固态制氢剂。其操作使用便利，投入水中即可大量制氢，亦无需加热；制氢中也不产生大量固相沉淀产物。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种硅基高效固态制氢剂，按如下步骤：由金刚石线锯切割硅片产生的锯屑泥清洗回收硅粉，回收方法为将所述锯屑按1：3～6的固液质量比置入0.2～1.2摩尔/升浓度的氢氟酸水溶液，在35～55℃下搅拌0.5～4小时，然后过滤、烘干；之后，将所得粉体在有机溶剂中搅拌清洗0.5～1小时，过滤、烘干，得到回收硅粉。将此硅粉与反应助剂机械混合并压块封装，即得本发明之高效固态制氢剂。

所述的硅粉含量为20-80%wt，其余为反应助剂。

所述的反应助剂由氢氧化钠、氯化钠、氧化钙和乙醇钠的一种或几种组成。其组成按质量配比为：氢氧化钠：氯化钠：氧化钙：乙醇钠= 40～100：0～10：0～10：0～60。

本发明所述的压块封装，以金属模在0.1～1.5兆帕压强下压制成型，并立即以塑料薄膜封装。

本发明所述的制氢剂投入水中即可迅速发生以硅置换出水中氢的氧化还原反应，生成氢气，理论上每一摩尔硅最多可产生两摩尔的氢气。