[发明专利]氢产生

说明书

一种未涂覆的粒料，所述未涂覆的粒料包含硅和分散剂，并且其中，a)所述分散剂的溶解热小于‑20kJmol^‑1，和/或b)所述分散剂在水(20℃)中的溶解度大于40g/100ml。

本发明总体上涉及氢的产生，并且具体地涉及通过硅与水的反应的氢气的产生。

多年来，减少世界对化石燃料的依赖一直是许多人的目标。这至少部分是由化石燃料的制造和燃烧对环境的有害影响所驱动。氢气已被证明是具有高热值的清洁和可再生能源载体。这使得氢可以作为不可再生能源如化石燃料的一种可行的替换物，化石燃料另外制造有害的废物。然而，与石油相比，按单位重量计氢是富含能量的，但按单位体积计其是相对贫乏的。此外，氢气作为燃料的可携带性是有问题的，需要在高压下的显著的量的运输。这些问题结合起来阻碍了“氢经济”作为“化石燃料经济”的可行的替换物(和/或代替物)的发展。

为了寻求解决与氢有关的问题，已经提出用于储存和运输氢的供选择的方法。一种这样的方法需要使用能反应以形成氢的能量载体。已经提出，硅可以提供能量载体，并且它可以通过与水反应被用来制造氢气。

已知硅的水解按照以下反应制造氢：

Si+2H₂O→2H₂+SiO₂ (1)

从反应(I)可以理解，固体硅与水反应以产生气态氢和二氧化硅(沙)。因此，共反应物是丰富的，并且该方法的反应产物是可用的氢和二氧化硅，其是良性的固体共产物。

应当理解，固体和液体之间的反应速率受到可用于与液体接触的固体表面积的限制。因此，在反应(I)中，硅的表面积越大，反应速率越高。还已知硅与空气反应以形成二氧化硅。硅表面上二氧化硅的形成“钝化”硅，从而抑制反应(I)的进行。

WO2011/058317教导硅的湿磨以产生粉末，优选的D90小于800nm。硅粉末与90℃的水反应。反应收率为60％，并在2.75小时内完成。

可以理解，硅的研磨产生具有很大表面积的粉末。实际上，随着D90减小，因此表面积增加。最优选的D90小于250nm。因此，该专利申请教导最大化可用于与水反应的表面积。

WO2014/053799教导了WO2011/058317中描述的材料的性能可以通过包含分散试剂(dispersing agent)、分散剂(dispersant)或胶体稳定剂得到改善。该专利申请的教导是溶液中硅颗粒的聚集和溶液中二氧化硅的聚集限制了收率，这通过添加分散试剂得以改善，并且通过添加分散试剂和胶体稳定剂而得以协同改善。该申请的实施例使用非常少量的硅(150mg)。

众所周知，细粉末可能难以处理，特别是在需要使用大量反应物时。通常，由于静电电荷的积累和/或分散时灰尘的产生，细粉末难以处理。然而，在反应(I)中，氢的制造速率和氢的总收率都受到可与水反应的硅的表面积的限制。

WO2014/053799涉及包含硅的粒料的使用，其可以被包封在有机涂层内。有机涂层被描述为可溶解的物质，通常是明胶。然而，没有提供用于制造包封的粒料的方法或实施例，并且没有提供关于使用包封的粒料产生氢的实验细节或结果。

Brack等人(合金和化合物杂志(Journal of Alloys and Compounds)，704(2017)第146-151页)描述了用于氢产生的硅的造粒。然而，用于粒料的硅粉末被钝化，即被包覆在二氧化硅薄层中。教导了在将混合物压缩成粒料之前将硅粉末与氯化钠混合。使粒料与50℃的2重量％的氢氧化钠溶液接触以产生氢。

因此，本发明的第一个非排他性目的是提供一种用于通过与水反应制造氢的硅组合物，其具有改善的可操作性和/或具有简化的制造方法。本发明的另一个非排他性目的是提供一种硅组合物，其显示出至少与包含相同量反应物的粉末化组合物相当的反应速率和/或氢收率。