專利名稱：氫硼化物燃料制劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及可用來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：
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應用。例如，美國公開第2005/0238573號揭示了固體硼氫化鈉的應用，所述固體硼氫化鈉與水性酸混合生成氫氣。但是該文獻并未充分解決快速溶解氫硼化物這一問題。
本發明發現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，從而解決了該問題。
發明內容
本發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。
具體實施例方式
除非另外說明，百分數為重量百分數，溫度的單位為℃。“堿”是在40℃下為固體的pKa＞8的化合物。“氫硼化物”是包含硼氫陰離子BH4-的化合物。
在一個實施方式中，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％。在本發明一個實施方式中，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族的金屬陽離子的金屬鹽或其混合物。在一個實施方式中，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。可包含一種以上堿金屬氫硼化物和一種以上堿。
本發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。在本發明一個實施方式中，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35％，或者不超過30％。水中可包含少量的添加劑，例如防沫劑、表面活性劑等。
本發明還涉及改進粉狀硼氫化金屬鹽的流動性的方法，還涉及具有改進的流動性的固體組合物。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塊和固結。在本發明一個實施方式中，加入了至少3％、或者至少5％的堿。在本發明一個實施方式中，加入的堿的量不超過40％，或者不超過20％，或者不超過17％，或者不超過15％，或者不超過14％，或者不超過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。可包含一種以上的堿金屬氫硼化物和一種以上的堿。
本發明的固體組合物可以是任意常規的形式。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)。壓制過的固體材料可具有由包括氫生成體系的設備所決定的尺寸和形狀。在本發明一個實施方式中，壓制的固體材料是其他領域中所用的常規囊片的形式。用來形成所述壓制的固體材料的壓制壓力并不重要。
在本發明的一個實施方式中，所述固體組合物基本不含能夠催化氫硼化物水解的物質，例如，Co、Ru、Ni、Fe、Rh、Pd、Os、Ir、Pt之類的過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。
本發明的固體組合物還可用于合成和金屬回收領域。
實施例實施例1NaOH對SBH溶解速率的影響配制了具有不同NaOH含量的SBH粉末。預先稱重的固體混合物在咖啡豆研磨器內混合約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為基準計，％)，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間的平均值。
表1
當這些數據歸一化為100％SBH含量時，得到了下表2所示的修正時間(修正溶解時間)曲線。
表2
結果顯示，在NaOH含量為2％時，每克SBH的溶解時間開始縮短，然后在NaOH含量約為15-20％的時候開始增加，在NaOH含量大于25％時顯著增加。
實施例2囊片的溶解時間在10000psi(68.9千帕)的壓力下形成囊片，如實施例1所述進行溶解。結果列于表3和表4。
表3
表4歸一化至100％SBH的數據
實施例3囊片溶解速率與溶液多少的關系如實施例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。結果列于下表5。
表5
數據說明當制備更多量的溶液的時候，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而帶來的優點增大。
實施例4溶解時間與固體重量％的關系如實施例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。結果列于下表6。時間的單位為秒。
表6
溶解時間顯示隨著所制備溶液中固體的重量百分數的增大，SBH和NaOH制劑溶解時間的差異增大。因此，隨著所制備溶液濃度的增大，向制劑中加入的NaOH帶來的優點增大。
實施例5氫硼化物/氫氧化物組合物的流動性的測試在咖啡豆研磨器中對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。該樣品在試驗臺上放置兩個月，此時輕輕敲擊每種樣品，檢測其流動能力。結果如下。
表7
權利要求
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97.5％的硼氫化鈉或硼氫化鉀。
4.如權利要求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。
9.一種改進粉狀硼氫化金屬鹽的流動的方法；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C01B3/06GK101024486SQ200710006380
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月2日 優先權日2006年2月16日
發明者J·H·雅馬莫托 申請人:羅門哈斯公司