專利名稱：氫硼化物燃料制劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用來(lái)在燃料電池中生成氫氣的包含固體氫硼化物的制劑。
背景技術(shù)：
已知包含氫硼化物的組合物可用作氫燃料電池的氫源，所述組合物通常為水溶液形式。包含固體氫硼化物的組合物也已經(jīng)應(yīng)用。例如，美國(guó)公開(kāi)第2005/0238573號(hào)揭示了固體硼氫化鈉的應(yīng)用，所述固體硼氫化鈉與水性酸混合生成氫氣。但是該文獻(xiàn)并未充分解決快速溶解氫硼化物這一問(wèn)題。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了一種氫硼化物固體制劑，這種制劑能夠以至少與純氫硼化物鹽相同的速率溶解，從而解決了該問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種固體組合物，該組合物包含(a)50-98％的至少一種氫硼化物；(b)2-50％的至少一種堿。
具體實(shí)施例方式
除非另外說(shuō)明，百分?jǐn)?shù)為重量百分?jǐn)?shù)，溫度的單位為℃?！皦A”是在40℃下為固體的pKa＞8的化合物?！皻渑鸹铩笔前饸潢庪x子BH4-的化合物。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述固體組合物中氫硼化物的量至少為75％，或者至少為83％，或者至少為85％，或者至少為86％，或者至少87％；堿的量不大于25％，或者不大于17％，或者不大于15％，或者不大于14％，或者不大于13％。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，所述固體組合物中堿的量至少為2.5％，或者至少為3％，或者至少為5％；氫硼化物的量不大于97.5％，或者不大于97％，或者不大于95％。較佳的是，所述氫硼化物是包含元素周期表第1族、第2族、第4族、第5族、第7族、第11族、第12族或第13族的金屬陽(yáng)離子的金屬鹽或其混合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述氫硼化物是堿金屬氫硼化物或其混合物；或者包括硼氫化鈉(SBH)或硼氫化鉀或其混合物，或者是硼氫化鈉。較佳的是，所述堿是堿金屬氫氧化物或其混合物，堿金屬醇鹽或堿土金屬醇鹽或其組合；或者是堿金屬氫氧化物或者是甲醇鈉或甲醇鉀，或者其混合物；或者是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鉀，或者是甲醇鈉或甲醇鉀，或者其混合物；或者是氫氧化鈉或氫氧化鉀；或者是氫氧化鈉?？砂环N以上堿金屬氫硼化物和一種以上堿。
本發(fā)明還涉及一種快速制備氫硼化物水溶液的方法。向水中加入足量的上述氫硼化物/堿組合物，制得包含1-40％固體的溶液，從而獲得最大的溶解速率。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，所述溶液的固體含量至少為5％，或者至少為10％；所述溶液的固體含量不超過(guò)35％，或者不超過(guò)30％。水中可包含少量的添加劑，例如防沫劑、表面活性劑等。
本發(fā)明還涉及改進(jìn)粉狀硼氫化金屬鹽的流動(dòng)性的方法，還涉及具有改進(jìn)的流動(dòng)性的固體組合物。向至少一種金屬氫硼化物中加入至少2.5％的至少一種堿防止了固體的結(jié)塊和固結(jié)。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，加入了至少3％、或者至少5％的堿。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，加入的堿的量不超過(guò)40％，或者不超過(guò)20％，或者不超過(guò)17％，或者不超過(guò)15％，或者不超過(guò)14％，或者不超過(guò)13.5％。較佳的是，所述金屬氫硼化物是堿金屬氫硼化物；或者所述金屬氫硼化物包括硼氫化鈉或硼氫化鉀，或者是硼氫化鈉。較佳的是，所述堿是堿金屬氫氧化物、或者甲醇鈉或甲醇鉀、或者它們的混合物；或者是氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀、或者甲醇鈉或甲醇鉀，或者它們的混合物；或者是氫氧化鈉或氫氧化鉀；或者是氫氧化鈉?？砂环N以上的堿金屬氫硼化物和一種以上的堿。
本發(fā)明的固體組合物可以是任意常規(guī)的形式。合適的固體形式的例子包括粉末、顆粒和壓制的固體材料。較佳的是，粉末的平均粒度小于80目(177微米)。較佳的是，顆粒的平均粒度為10-40目(2000-425微米)。壓制過(guò)的固體材料可具有由包括氫生成體系的設(shè)備所決定的尺寸和形狀。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，壓制的固體材料是其他領(lǐng)域中所用的常規(guī)囊片的形式。用來(lái)形成所述壓制的固體材料的壓制壓力并不重要。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述固體組合物基本不含能夠催化氫硼化物水解的物質(zhì)，例如，Co、Ru、Ni、Fe、Rh、Pd、Os、Ir、Pt之類的過(guò)渡金屬或其混合物的鹽；以及Co和/或Ni的硼化物。
較佳的是，所述固體組合物的水含量不大于0.5％，或者不大于0.2％，或者不大于0.1％。較佳的是，所述固體組合物中除了氫硼化物和堿以外的任意物質(zhì)的含量小于20％，或者小于15％，或者小于10％，或者小于5％。固體組合物的其它可能的組分包括例如催化劑、酸、防沫劑和表面活性劑。
本發(fā)明的固體組合物還可用于合成和金屬回收領(lǐng)域。
實(shí)施例實(shí)施例1NaOH對(duì)SBH溶解速率的影響配制了具有不同NaOH含量的SBH粉末。預(yù)先稱重的固體混合物在咖啡豆研磨器內(nèi)混合約2分鐘，制得的粉末用80目(177微米)的篩子篩分。篩分后的粉末置于水中，制得10毫升30％的溶液(以SBH+NaOH為基準(zhǔn)計(jì)，％)，用磁力攪拌棒緩慢攪拌使其溶解。下表1顯示了兩次溶解操作的完全溶解時(shí)間的平均值。
表1

當(dāng)這些數(shù)據(jù)歸一化為100％SBH含量時(shí)，得到了下表2所示的修正時(shí)間(修正溶解時(shí)間)曲線。
表2

結(jié)果顯示，在NaOH含量為2％時(shí)，每克SBH的溶解時(shí)間開(kāi)始縮短，然后在NaOH含量約為15-20％的時(shí)候開(kāi)始增加，在NaOH含量大于25％時(shí)顯著增加。
實(shí)施例2囊片的溶解時(shí)間在10000psi(68.9千帕)的壓力下形成囊片，如實(shí)施例1所述進(jìn)行溶解。結(jié)果列于表3和表4。
表3

表4歸一化至100％SBH的數(shù)據(jù)

實(shí)施例3囊片溶解速率與溶液多少的關(guān)系如實(shí)施例1所述將SBH囊片、以及包含87％SBH/13％NaOH的制劑的囊片溶解，形成重10克和100克的溶液。結(jié)果列于下表5。
表5

數(shù)據(jù)說(shuō)明當(dāng)制備更多量的溶液的時(shí)候，SBH和NaOH制劑之間的差異增大。因此，隨著溶液的增多，制劑中包含NaOH而帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)增大。
實(shí)施例4溶解時(shí)間與固體重量％的關(guān)系如實(shí)施例1所述將SBH以及包含87％SBH/13％NaOH的制劑的囊片、顆粒和粉末形式溶解，形成包含不同百分含量溶解固體(重量％)的溶液。結(jié)果列于下表6。時(shí)間的單位為秒。
表6

溶解時(shí)間顯示隨著所制備溶液中固體的重量百分?jǐn)?shù)的增大，SBH和NaOH制劑溶解時(shí)間的差異增大。因此，隨著所制備溶液濃度的增大，向制劑中加入的NaOH帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)增大。
實(shí)施例5氫硼化物/氫氧化物組合物的流動(dòng)性的測(cè)試在咖啡豆研磨器中對(duì)SBH和NaOH的混合物研磨2分鐘，然后置于100毫升的聚丙烯瓶中。該樣品在試驗(yàn)臺(tái)上放置兩個(gè)月，此時(shí)輕輕敲擊每種樣品，檢測(cè)其流動(dòng)能力。結(jié)果如下。
表7

權(quán)利要求
1.一種固體組合物，該組合物包含(a)50-98％的至少一種氫硼化物；以及(b)2-50％的至少一種堿。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述至少一種氫硼化物是硼氫化鈉、硼氫化鉀或其組合；所述至少一種堿是氫氧化鈉、氫氧化鋰或氫氧化鉀，甲醇鈉或甲醇鉀，或者它們的組合。
3.如權(quán)利要求2所述的組合物，其特征在于，所述組合物包含至少2.5％的所述至少一種堿和不超過(guò)97.5％的硼氫化鈉或硼氫化鉀。
4.如權(quán)利要求3所述的組合物，其特征在于，所述氫硼化物是硼氫化鈉，所述堿是氫氧化鈉。
5.如權(quán)利要求4所述的組合物，其特征在于，所述組合物包含3-17％的氫氧化鈉和83-97％的硼氫化鈉。
6.如權(quán)利要求5所述的組合物，其特征在于，所述組合物包含15％的氫氧化鈉和至少85％的硼氫化鈉。
7.一種快速制備氫硼化物水溶液的方法，該方法包括將足量的如權(quán)利要求1所述的組合物加入水中，制得包含1-40％固體的溶液。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述溶液包含5-35％的固體。
9.一種改進(jìn)粉狀硼氫化金屬鹽的流動(dòng)的方法；所述方法包括將至少2.5％的至少一種選自堿金屬氫氧化物、堿金屬醇鹽和堿土金屬醇鹽的堿加入至少一種金屬氫硼化物中。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一種堿是氫氧化鈉，所述至少一種金屬氫硼化物是硼氫化鈉。
全文摘要
提供了一種包含至少一種氫硼化物和至少一種堿的固體氫硼化物燃料制劑。
文檔編號(hào)C01B3/06GK101024486SQ200710006380
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者J·H·雅馬莫托 申請(qǐng)人:羅門哈斯公司