生产氢气的方法技术

通过无定形硅与水反应生产氢气的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产氢气的方法本专利技术涉及一种生产氢气的方法。氢气通常是由烃类生产的，即由含有烃类的载能体煤、石油、天然气生产的。此外还已知，通过电解可由水得到氢气。不过该方法的能耗很大(约5kWh/m3 H2)。此外，水只在地球的某些地域可供大规模使用(经不起浪费的)。考虑到氢气的扩散性，对其存放和运输是很危险的，因为氢气与空气混合时形成爆炸性混合物(爆鸣气)。使氢气液化以便存放则造成较高的能量消耗。氢气被视为未来的能源，因为由氢气产生能量时(与氧气燃烧成为水)不产生对环境不利的气体(CO、CO2、SO2等)。然而另一方面，传统上由烃生产氢气时还产生对环境不利的物质(CO、CO2等)，而由氢气产生能量时恰恰可避免这种情况。因此这种产生氢气的途径没有最终解决日益严重的环境问题，此外还伴随着对煤/气/油储备的加强的开发利用。最终，生产氢气的传统方法只是将环境保护问题从产生能量的环节转移到生产氢气的环节。因此希望能由非碳-源就地生产氢气。本专利技术的任务是，提供一种生产氢气的方法，该方法能够不依赖于碳-源而进行。为实现该任务，本专利技术描述了三种途径。按照第一种解决途径，本专利技术提供了一种通过无定形硅与水反应生产氢气的方法。无定形硅用作本专利技术方法的原料。无定形硅的制备是已知的，此外可采用德国专利申请10217140.8、10217124.6和10217126.2中提供的新方法。作为制备无定形硅的原材料最终使用大规模的以地球上天然存在的二氧化硅(还特别经得起浪费的)，所以无定形硅最终是制备氢气的可靠来源，由此可就地生产氢气，即不依赖于碳-源和/或水源，不会出现运输和存贮问题。-->无定形是指一种固体，其分子构造不是晶格的，而是无规排列的。与晶体硅相比，制备无定形硅(a-Si)在成本上更有利。需特别强调的是，并不能确切界定无定形硅和微晶或细晶硅之间的界限。因此本专利技术包括，根据本专利技术生产氢气也可以采用微晶或细晶硅实现。合适的界限凭经验而定。在上述较早的德国专利申请10217140.8中提及，一方面，纯的无定形硅呈黑色，而且不是“被表面覆盖的”，并表现出特别高的反应能力，另一方面，认为无定形硅以褐色粉末析出，并是“被表面覆盖的”，例如被Cl、氯甲硅烷或O2或HO所覆盖。“被表面覆盖的”是指化学覆盖。原则上可用该两类无定形硅进行本专利技术方法，其中，非化学覆盖的黑色无定形硅一般比化学覆盖的褐色(黄色)无定形硅具有更好的反应性。因此，优选黑色的非化学覆盖的无定形硅用于本专利技术方法。如果无定形硅存在相应的反应性，特别是在黑色的非化学覆盖的无定形硅情况下，则本专利技术方法可以有利地在室温下进行。在使用褐色的化学覆盖的无定形硅时，硅的反应性依赖于覆盖。这样，希望无定形硅达到的反应性(反应温度)可通过调节化学覆盖而得到调节。研究发现，用NH3覆盖的无定形褐色硅比用O2覆盖的无定形褐色硅具有更好的反应性。如上所述，本专利技术方法还可以在粉末形式的微晶或细晶硅情况下进行，这种物质比上述褐色的无定形硅具有更小的反应性。在无定形硅与水反应生产氢气时(Siam的水解)，除了氢气外还形成二氧化硅(SiO2)，其是可利用的或可循环的。在进行本专利技术方法的第二种途径下，通过无定形硅与醇反应生产氢气。作为醇(ROH)优选使用这样的醇，其中R表示Me(甲基)或Et(乙基)。Siam与醇反应产生四烷氧基硅烷(Si(OR)4)，其中R通常表示有机基团，优选烷基。四烷氧基硅烷也称为硅酸酯，一般是通过卤化硅与醇反应而制备。采用本专利技术方法实现了由硅直接制备，所以节省了-->一个方法步骤。四烷氧基硅烷适用于多种用途，所以作为本专利技术方法出现的副产物的该化合物具有很大价值。在本专利技术方法的第三种途径下，通过无定形硅与羧酸反应生产氢气，在此优选使用醋酸(CH3COOH)，当Siam与醋酸反应时产生固体的硅四乙酸酯，其作为形成有机硅烷和硅氧烷/硅树脂的原材料具有很大价值。根据本专利技术还优选这样考虑，在采用醇或羧酸生产氢气时所得的化合物(Si(OR)4)，其中R是有机取代基，特别是烷基或羧酸取代基，通过水解而形成SiO2+HOR。当满足对化合物Si(OR)4，特别是Si(OAc)4的需要时，以此方式可回收醇或羧酸(醋酸)。以本专利技术方式等摩尔产生的H2可用于便携式(燃料电池)和固定系统中。当在燃料电池中使用时，迄今为止，所需的氢气是在燃料电池前的转化器中由CH3OH或CH4产生，每种情况下都产生CO2。与之相反，根据本专利技术方法是无CO2的，并同时产生有价值的且实际上无毒的产物，在满足需要时可循环使用。如上所述，在褐色无定形硅情况下，通过使Si-表面(化学覆盖)去活化，可调节用于生产氢气反应的任意温度。以下表示本专利技术方法的反应流程，一方面是甲醇、乙醇，另一方面是醋酸。其中：R＝甲基、乙基am＝无定形bl＝黑色(黑)Ac＝乙酸酯。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.通过无定形硅与水反应生产氢气的方法。2.通过无定形硅与醇反应生产氢气的方法。3.通过无定形硅与羧酸反应生产氢气的方法。4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，使用黑色、非化学覆盖的无定形硅。5.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，该方法在室温下进行。6.根据权利要求1-3或5之一的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·奥尼尔，
申请(专利权)人：瓦克化学有限公司，陶氏康宁公司，
类型：发明
国别省市：