一种产生氢的方法，该方法使选自铝（Ａｌ）、镁（Ｍｇ）、硅（Ｓｉ）和锌（Ｚｎ）的金属与水在有效量催化剂存在下、ｐＨ４－１０之间反应产生氢。选择催化剂或其它添加剂以防止或减慢钝化所述金属的所述反应产物在所述金属上的沉积（削弱所述金属的反应），因此促进所述氢的产生。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
由水分解反应产氢 专利
本专利技术涉及由水生产氢的方法。更具体地讲，本专利技术涉及利用金属-催化剂体系(例如陶瓷、碳或聚合物复合材料)在室温或高温下、于中性或接近中性的pH下由水生产氢的方法。 专利技术背景利用廉价而简单的方法生产氢正变得日益重要。即将来临的向氢能源经济(例如氢燃料电池)的转换使得对氢的需求不断增加。这种转变随着世界范围内需要增加更多的电力、严格控制温室气体的排放以及矿物燃料储备的减少而临近。随之而来的燃料发生器市场致力于近期缺少的氢供应基础设施，它是氢燃料电池迅速增加所必须的。氢经济是可持续发展的唯一长期环保的选择。过去数年，强调更清洁的燃料而导致更多地使用氢正变得越来越明显。假如利用可再生能源(例如水电或太阳能)通过分解水来生产氢，氢经济就不会对环境产生威胁。由水重新获得氢的通常方法是让电流通过水，因此逆转氧-氢反应，即电解水。另一方法涉及从矿物燃料例如天然气或甲醇中提取氢。该方法复杂并且常常产生残余物，例如最好也只不过是二氧化碳。而且也只有有限的矿物燃料可利用。在这些改进的方法中，获得的氢必须以某种方式储存，然后供给使用者，除非产氢是在靠近消耗系统的“现场(on-board)”进行。安全、可靠、低成本的氢储存以及运输目前是氢经济的瓶颈之一。本专利技术致力于通过利用简便安全并且无污染的金属-陶瓷复合材料与水反应，靠近用户系统并安全地“现场/根据需要”生产氢解决此难题。-->本专利技术涉及一种由水生产氢的新方法。水由氧和氢两种元素组成。当这两种元素反应形成水时释放出相当多的能量。可以捕获这种能量并有效地转化为燃料电池电。更重要的是，当氧和氢反应生成水时不会释放任何其它物质。所以，氢-氧反应是潜在的无污染能源。尽管约20％的空气是氧，但是没有容易获得的安全可利用氢源。本专利技术解决此难题。只有几种可以产生大量氢的资源，其中包括碳氢化合物和水。这些资源中，唯一无污染的氢源是水。在新的氢经济代替目前的“油/气/煤/核能”经济前有一个问题必须解决，就是寻找安全、环保且经济的生产、储存和运输氢的方法。该问题是本专利技术首要关注的焦点。已知部分金属与水接触就自发地产生氢。它们是例如碱金属，例如钾(K)或钠(Na)。这些金属在整个简单反应中用作水分解剂，金属一投入水中该反应就自发地进行： (1)可以写出其它碱金属(例如钠)的类似反应。令人遗憾的是残余的氢氧化物产物(即上述反应中的KOH)导致所得产物为强碱性，使它们具有腐蚀性、处理危险并且潜在地污染环境。由于反应(1)自发地剧烈进行，必须始终保护反应金属以避免与水的不必要接触(即也要有效避免与空气接触，空气在正常条件下包含水蒸气)。这就增加了工艺成本并带来安全与污染问题。反应产物不易处理及回收利用。反应(1)的一个好处就是反应产物(即KOH)不断溶解于反应水中，因此允许反应持续到所有金属发生反应。而用其它有吸引力的金属例如铝就难于达到类似的效果，因为在这种情况下，反应产物(即氢氧化铝)往往沉积在反应金属表面，因此限制反应物(例如水或氧)与金属表面接近，最终停止反应。这种“钝化”现象是反应金属(例如Al)的很幸运的性质，因为只要环境酸性或碱性不是太强，这种性质保护它们在各种应用中处于基本免受腐蚀的状态。但是，钝化不允许在接近中性的pH下用铝由水产生氢。现在公开的本专利技术指出了一种-->防止在铝表面形成产物钝化层的简单方法，因此可在接近中性的pH下周铝由水产生氢。最近几年，有关生产氢的新方法及新用途的研究力度及相应文献量非常大并且逐年递增。以下介绍我们选出的可能与本专利技术有部分联系的专利公开。过去已经公开了大量不同的水分解生产氢反应，主要涉及碱金属或碱性环境。授予Jed Checketts[1，2]的两个专利(美国专利5,817,157和5,728,464号)介绍了由聚乙烯涂覆的球形钠或氢化钠颗粒控制性生产氢的体系。该体系包括一个装所述颗粒和水的容器、割开所述颗粒的液压系统、氢传感器和提供启动颗粒切割机反馈回路的计算机。这种技术取代了其它已经授权的使用碱金属(美国专利4,356,163[3]；5,514,353[4]；3,716,416[5]号)或金属氢化物(美国专利5,593,640[6]号)或铁(美国专利5,510,201[7]号)与水的可控氢发生器的专利。另一个专利介绍了使用盐酸和纯金属的发生器(美国专利4,988,486[8]号)。已经授权了其它在包括碱金属或碱土金属和/或铝与水或含水盐溶液的混合液的系统中以不可控方式产生氢气的专利(美国专利5,143,047[9]；5,494,538[10]；4,072,514[11]；4,064,226[12]；3,985,865[13]以及3,966,895[14]号)。1991年3月20日公开的欧洲专利申请0 417 279 A1(也可参阅日本专利1,061,301[15]号)公开了利用铝和陶瓷即煅烧白云石(即氧化钙/氧化镁)由水分解反应生产氢。这些氧化物一旦接触水就会引起pH显著升高(即造成碱性环境)，这样就激发铝的腐蚀并伴随释放氢。该系统存在使用碱金属的水分解反应的所有缺点，即产物的强碱性和难于再循环。在一种方案中，镁和铝一起机械研磨形成复合材料，然后将其暴露于水(美国专利4,072,514[16]号)。法国专利2,465,683[17]号公开了通过机械方式不断除去铝的钝化层以使铝持续参与水分解反应。该专利描述了通过碱性溶液与金-->属反应自动产生气体的方法：通过不中断反应地给料与不断清除金属氧化层相结合，适于生产氢作为能源。为了产生氢，使用铝的氢氧化钠水溶液。美国专利5,840,270[18]号和相关的美国专利6,093,501[19]号公开了现场产氢用于汽车推进的水分解反应的构思。这些专利公开了一种方法，其中水通过高温(约250℃)铁粒子(铁粒子消耗水中的氧)生成氧化铁和氢。没有一种现有技术公开使用金属-催化剂体系(例如陶瓷、碳或聚合物复合材料)，尤其是铝-催化剂复合材料来促进制备氢的水分解反应。 专利技术概述本专利技术的主要目的是在4-9的中性pH下通过水分解反应制备氢。当包含金属和非金属的机械或其它方式混合物的复合材料浸在水中时，在中性或接近中性的pH下产生氢气。一个实例包括浸在中性或接近中性pH的水(例如自来水)中的氧化铝和/或氢氧化铝以及铝(Al)金属。另一实例包括浸在水中的碳和铝金属粒子。又一实例包括与氧化物陶瓷混合的其它金属，例如镁(Mg)、硅(Si)和锌(Zn)(其它实例在下文详细介绍)。已经证实该现象可以重现。氢气(H2)的释放取决于几个因素，即温度、pH、各组分的比例和粒径以及混合条件。铝为参与与水的化学反应的组分，而体系的第二种非金属组分(称为“催化剂”或“添加剂”)帮助防止铝的钝化。铝/水体系的水分解反应如下：{9＞pH＞4} (2)概括地说，本专利技术涉及一种产生氢的方法：在pH为4-10、有效量的催化剂存在下，使选自铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)和锌(Zn)的金属与水反应，产生包括氢的反应产物，所述催化剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种产生氢的方法，该方法包括使选自铝（Ａｌ）、镁（Ｍｇ）、硅（Ｓｉ）和锌（Ｚｎ）的金属与水在有效量催化剂存在下、ｐＨ４－１０时反应产生包括氢的反应产物，所述催化剂防止或减慢钝化所述金属的所述反应产物在所述金属上的沉积（削弱反应），因此促进所述金属与所述水的所述反应，并改善所述氢的产生。
【技术特征摘要】
US 2000-8-14 09/637,930;US 2001-2-7 09/778,0911.一种产生氢的方法，该方法包括使选自铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)和锌(Zn)的金属与水在有效量催化剂存在下、pH 4-10时反应产生包括氢的反应产物，所述催化剂防止或减慢钝化所述金属的所述反应产物在所述金属上的沉积(削弱反应)，因此促进所述金属与所述水的所述反应，并改善所述氢的产生。2.权利要求1的方法，其中所述金属与催化剂混合为紧密的物理接触。3.权利要求2的方法，其中所述金属粒子和所述催化剂粒子为粒径范围在0.01μm-1000μm之间的粒子。4.权利要求2的方法，其中所述混合为紧密的物理接触包括在混合器中混合所述金属和所述催化剂，所述混合器粉化所述金属和所述催化剂并暴露所述金属的新表面。5.权利要求4的方法，其中所述金属和所述催化剂形成颗粒，然后将所述颗粒与所述水混合。6.权利要求2、3、4或5的方法，其中所述金属为铝(Al)，所述催化剂选自矾土、包括陶土和球土的含铝离子陶...
【专利技术属性】
技术研发人员：ACD查克拉德，
申请(专利权)人：英属哥伦比亚大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]
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