BR112020022309A2 - compostos carreadores de hidrogênio - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a
compostos carreadores de hidrogênio siloxano e a um método para produzir
hidrogênio a partir dos ditos compostos carreadores de hidrogênio
siloxano.
Description
[0001] A presente invenção se refere a compostos carreadores de hidrogênio siloxano e a um método para produzir hidrogênio a partir dos ditos compostos carreadores de hidrogênio siloxano. A presente invenção também se refere a um processo para produzir e para regenerar compostos carreadores de hidrogênio siloxano.
[0002] A capacidade de armazenar, transportar e liberar hidrogênio de forma segura, conveniente e ecologicamente correta e para produzir e armazenar hidrogênio de modo eficaz, econômico e seguro, são os principais desafios a serem superados a fim de democratizar o uso de hidrogênio como um vetor de energia.
[0003] Atualmente, o hidrogênio é principalmente entregue por tubulação, por reboques de tubo como um gás comprimido ou por navios-tanque em sua forma liquefeita.
[0004] Há tipicamente seis vias para entrega de hidrogênio: o mesmo pode ser transportado como um gás por tubulação, o mesmo pode ser produzido em sítio, o mesmo pode ser transportado como um gás comprimido em reboques de tubo (por exemplo, como revelado no documento WO2013/109918 (A1)), o mesmo pode ser transportado como um líquido condensado em caminhões de tanques criogênicos (por exemplo, como revelado no documento WO2011/141287 (A1)), o mesmo pode ser armazenado em um material carreador de hidrogênio no estado sólido e em sítio liberado (por exemplo, como revelado no documento WO2009/080986 (A2)), e armazenado em um material carreador de hidrogênio no estado líquido e em sítio liberado.
[0005] O hidrogênio pode ser produzido em sítio por dois meios. O mesmo pode ser produzido em sítio por um processo e diretamente consumido em um outro processo que é definido como hidrogênio cativo. O outro meio de produção em sítio é por eletrólise de água, que produz hidrogênio a partir de água e eletricidade. Pode ser considerado a produção de um hidrogênio ecologicamente correto se alimentado por energia renovável.
[0006] Além das soluções de entrega tradicionais que são hidrogênio criogênico e comprimido, estão surgindo soluções alternativas para fornecer hidrogênio: carreadores de hidrogênio. Os carreadores de hidrogênio são materiais de estado sólido ou estado líquido que têm a capacidade de armazenar hidrogênio e liberar o mesmo quando necessário. Os mesmos trazem vantagens tanto para transporte quanto para armazenamento, em relação às soluções tradicionais. Os carreadores de estado sólido incluem hidretos metálicos possibilitando a retenção de hidrogênio, pela absorção pelas partículas de metal resultando em hidreto de metal. Dentre os mesmos, o hidreto de magnésio é estável em baixa pressão e à temperatura padrão, tornando seu transporte e armazenamento convenientes. Quando necessário, o material é aquecido para liberar o gás hidrogênio. As soluções de estado sólido foram identificadas como mais bem adequadas para processos reversíveis de mesmo sítio de armazenamento de energia a partir de energias renováveis. De fato, o manuseio de materiais sólidos não é tão conveniente quanto o manuseio de gases ou líquidos.
[0007] Os carreadores de hidrogênio líquido podem ser qualquer material de estado líquido capaz de liberar hidrogênio sob condições específicas. A classe de Carreadores de Hidrogênio Orgânico Líquido (LOHC) é a mais representada dentre os carreadores de hidrogênio líquido. Durante o processo chamado de hidrogenação, que é uma reação catalítica, exigindo energia na forma de calor, o hidrogênio é quimicamente ligado ao carreador orgânico líquido. Tipicamente, o carreador, sendo hidrocarbonetos aromáticos e/ou insaturados, como tolueno, é reagido com hidrogênio para produzir o hidrocarboneto saturado correspondente, a ser transportado em um estado líquido à temperatura padrão e em pressão padrão, por exemplo, como descrito no documento WO2014/082801 (A1) ou WO2015/146170 (A1). Embora a quantidade de hidrogênio a ser armazenado em LOHC dependa do rendimento do processo de hidrogenação, a mesma tem até 7,2 % em massa de hidrogênio contido por massa de carreador líquido. Desse modo, o hidrogênio é liberado dos hidrocarbonetos saturados por um processo chamado de desidrogenação, que é uma reação catalítica, exigindo energia adicional na forma de calor (acima de 300 °C tipicamente) devido à natureza endotérmica da reação. A fim de produzir hidrogênio sob demanda, o calor pode ser produzido a partir de eletricidade de rede (sem controle sobre sua origem e seu impacto ambiental) ou o calor pode ser recuperado pela queima de uma parte do carreador orgânico.
[0008] Os pedidos de patente nos WO2010070001 (A1) e EP2206679 (A1) se referem a um método para produzir hidrogênio que compreende as etapas que consistem em: a) reagir um composto (C) que compreende um ou mais grupos Si- H com uma fonte de íons de flúor, formando, através disso,
hidrogênio e um subproduto (C1); e b) recuperar o hidrogênio obtido. Todos os exemplos usam compostos de silano como carreadores de hidrogênio; com a condição de polimetil-hidrossiloxano (“PHMS”) no exemplo 12 e tetrametildissiloxano no exemplo 16.
[0009] O pedido de patente nº WO2011098614 (A1) se refere a um método para produzir hidrogênio que compreende as etapas de: i) colocar um composto (C) que compreende um ou mais grupos Si-H com um catalisador à base de fósforo na presença de uma base em água como solvente, formando, através disso, hidrogênio e um subproduto (C1) sem exigir qualquer entrada de energia (por exemplo, calor, energia elétrica, etc…); e ii) recuperar o hidrogênio obtido. Todos os exemplos usam compostos de silano como carreadores de hidrogênio; tetrametildissiloxano é o único siloxano que contém o composto citado nas listas de carreador de hidrogênio potencial. O documento WO2011098614 (A1) também revela uma etapa c) de reciclar o subproduto obtido (C1) com um haleto de acila e entrar em contato com o produto obtido com um hidreto de metal, regenerando, através disso, o composto (C), em que o haleto de acila é CH3C(=O)Cl e o hidreto de metal é LiAlH4.
[0010] O pedido de patente WO2010094785 (A1) se refere a um método para produzir hidrogênio que compreende as etapas de: i) colocar um composto (C) que compreende um ou mais grupos Si-H em contato com um catalisador à base de amina em um solvente selecionado a partir de um álcool ou uma solução aquosa, formando, através disso, hidrogênio e um subproduto (C1) sem exigir qualquer entrada de energia (por exemplo, calor, energia elétrica etc…); e ii) recuperar o hidrogênio obtido. A maioria dos exemplos usa compostos de silano como carreadores de hidrogênio; com a condição de polimetil-hidrossiloxano (“PHMS”) no exemplo 12 e tetrametildissiloxano no exemplo 16. O documento WO2010094785 (A1) também revela uma etapa c) de reciclar o subproduto obtido (C1) com um haleto de acila e entrar em contato com o produto obtido com um hidreto de metal, regenerando, através disso, o composto (C), em que o haleto de acila é CH3C(=O)Cl e o hidreto de metal é LiAlH4.
[0011] Embora os documentos WO2010070001 (A1), EP2206679 (A1), WO2011098614 (A1) e WO2010094785 (A1) já representem um avanço no campo de sistema carreador à base de hidrogênio que libera hidrogênio sob demanda, as ditas técnicas ainda se beneficiariam da eficiência, desempenho e relação custo-benefício aprimorados; além disso, visto que o método de regeneração geral do carreador à base de hidrogênio de acordo tanto com o documento WO2011098614 (A1) quanto com o documento WO2010094785 (A1) exige o uso do agente de redução de LiAlH4 dispendioso levando a subprodutos de óxido de alumínio, cujo processo de retratamento consome energia (um pouco de eletricidade é necessário para a etapa de eletrólise), é poluente e libera dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), efluentes fluorados e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH), ainda há algum progresso a ser feito a fim de desenvolver um método livre de carbono e mais ecológico de regeneração aplicável ao carreador à base de hidrogênio.
[0012] Desse modo, permanece uma necessidade de aprimoramentos adicionais na eficiência, desempenho e eficácia de custo de tais vetores de energia limpa, para uma variedade de aplicações, como entrega de hidrogênio e construção de infraestrutura de hidrogênio. Permanece uma necessidade de aprimoramentos que exibem quantidades maiores de hidrogênio a ser transportado, eficiência melhorada, desempenho e que são eficazes. Permanece uma necessidade crítica de carreadores de hidrogênio em estado líquido ecológicos, que sejam capazes de liberar hidrogênio sob demanda sem a necessidade de energia adicional. Além disso, ainda permanece uma necessidade de um processo limpo integrado em que os carreadores de hidrogênio não podem ser apenas usados como um fonte de hidrogênio valiosa, mas também podem ser produzidos sem exigir reagente contendo carbono e/ou sem emissões de carbono, e também podem ser regenerados a partir de subprodutos da separação ecológica de hidrogênio e sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono. Invenção Compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclicos líquidos
[0013] A presente invenção se refere a compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclicos líquidos que são, de preferência, selecionados dentre os seguintes compostos.
[0014] Em uma modalidade, a presente invenção se refere a compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos que exibem uma estrutura química cíclica e que compreendem uma ou mais unidades da fórmula (I):
fórmula (I) em que n é um número inteiro (que representa o número de unidades de repetição) superior ou igual a um, de preferência, superior ou igual a 2, por exemplo, superior ou igual a 3, ou até mesmo superior ou igual a quatro. Em uma modalidade da presente invenção, n é inferior ou igual a 500, por exemplo, inferior ou igual a 50.
[0015] Tais compostos apresentam as grandes vantagens em relação a seus análogos de poli(hidrometil)siloxano (ROMenHnSinOnR’). Como exemplo, poli(bis(hidro))siloxano pode liberar mais que duas vezes (2,61 exatamente para o mesmo peso) a quantidade de gás hidrogênio quando comparado ao poli(hidrometil)siloxano. Além disso, os compostos de poli(bis(hidro))siloxano exibem uma reciclabilidade livre de carbono completa (quando usada na produção de hidrogênio e processos de regeneração/produção de siloxanos de acordo com a presente invenção) em comparação aos análogos que contêm fragmentos de carbono em sua estrutura principal.
[0016] Em uma modalidade preferencial da presente invenção, o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido da fórmula (I) é um composto cíclico, por exemplo, um composto cíclico da fórmula H2nSinOn com n sendo um número inteiro superior ou igual a 2, por exemplo, superior ou igual a 3, ou até mesmo superior ou igual a quatro. Em uma modalidade da presente invenção, n é inferior ou igual a 500, por exemplo, inferior ou igual a 32, por exemplo, inferior ou igual a 17.
[0017] Em uma modalidade da presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos consistem em um dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano definidos acima da fórmula (I).
[0018] Em uma outra modalidade da presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos consistem em uma mistura de dois ou mais dentre quaisquer compostos carreadores de hidrogênio siloxano definidos acima da fórmula (I).
[0019] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam uma viscosidade dinâmica entre 0,1 e 10000 mPa.s a uma temperatura de 20 °C e uma pressão de 1,01325 × 105 Pa. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam uma viscosidade dinâmica entre 0,2 e 50 mPa.s a uma temperatura de 20 °C e uma pressão de 1,01325 × 105 Pa. A viscosidade dinâmica a uma temperatura de 20 °C e uma pressão de 1,01325 × 105 Pa dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) podem ser medidas de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, podem ser determinadas de acordo com a norma ISO 1628-1.
[0020] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o peso molecular dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclicos líquidos da fórmula (I) pode variar de 130 a 8000 g/mol. O peso molecular dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) pode ser medido de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, o mesmo pode ser determinado por GC-MS, por exemplo, uma análise de GC-MS realizada em um aparelho de Agilent GC/MSD 5975C.
[0021] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclicos líquidos da fórmula (I) apresentam uma faixa de absorção forte e nítida característica entre 800 e 1000 cm -1 correspondendo às unidades de SiH2, quando analisados por FT-IR. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclico da fórmula (I) apresentam uma faixa de absorção forte e nítida característica entre 850 e 950 cm -1.
[0022] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclicos líquidos da fórmula (I) apresentam uma ressonância característica entre 4,5 e 4,9 ppm correspondendo às unidades de SiH2O, quando analisados por 1H RMN em CDCl3 a 25 °C como exemplificado na Figura 4. A análise de 1H RMN pode ser realizada em qualquer espectrômetro apropriado, por exemplo, um espectrômetro Bruker de 4000 MHz.
[0023] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclicos líquidos da fórmula (I) apresentam uma ressonância característica entre -45 e -50 ppm correspondendo às unidades de SiH2O, quando analisados por 29Si RMN em CDCl3 a 25 °C como exemplificado na Figura 5. As análises de RMN de 29Si podem ser realizadas em qualquer espectrômetro apropriado, por exemplo, um espectrômetro Bruker de 4000 MHz.
[0024] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam um índice de refração entre 1 e 2 a uma temperatura de 20 °C e em um comprimento de onda de 589 nm. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam um índice de refração entre 1,2 e 1,5 a uma temperatura de 20 °C e em um comprimento de onda de 589 nm. O índice de refração dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) pode ser medido de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, o mesmo pode ser determinado de acordo com a norma ASTM D1218.
[0025] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam um ponto de ebulição entre 30 e 500 °C, por exemplo, entre 50 e 500 °C, a uma pressão de 1,01325 × 105 Pa, por exemplo, um ponto de ebulição compreendido entre 50 e 150 °C. O ponto de ebulição dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) pode ser medido de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, o mesmo pode ser determinado de acordo com a norma ISO 918.
[0026] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam um ponto de ignição entre 50 e 500 °C. O ponto de ignição dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) pode ser medido de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, o mesmo pode ser determinado de acordo com a norma ISO 3679.
[0027] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) são selecionados dentre os compostos de siloxano cíclicos que têm a fórmula H2 Si
O O H2Si SiH2
O n em que n é um número inteiro (que representa o número de unidades de repetição) superior ou igual a um, de preferência, superior ou igual a 2, por exemplo, superior ou igual a 3, ou até mesmo superior ou igual a quatro. Em uma modalidade da presente invenção, n é inferior ou igual a 500, por exemplo, inferior ou igual a 32, por exemplo, inferior ou igual a 17. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos consistem em qualquer mistura de dois ou mais dos ditos compostos de siloxano cíclicos líquidos.
[0028] De acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) são líquidos (a temperatura e pressão normais (NTP); por exemplo, a uma temperatura de 20 °C e uma pressão absoluta de 1,01325 × 105 Pa).
[0029] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) são selecionados dentre os seguintes compostos de siloxano cíclicos ou consistem em qualquer mistura de dois ou mais dos seguintes compostos de siloxano cíclicos:
Tri(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D3”)
n = 1
Tetra(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D4”)
n = 2
Penta(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D5”)
n = 3
Hexa(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D6”)
n = 4
Hepta(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D7”)
n = 5
Octa(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D8”)
n = 6
Nona(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D9”)
n = 7
Deca(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D10”)
n = 8
Undeca(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D11”)
n = 9
Duodeca(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D12”)
n = 10
Trideca(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D13”)
n = 11
Tetradeca(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D14”)
n = 12
Pendeca(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D15”)
n = 13
Hexadeca(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D16”)
n = 14
Heptadeca(bis(hidro)ciclossiloxano) (“D17”)
n = 15
[0030] A presente invenção também se refere a compostos carreadores de hidrogênio que compreendem uma mistura dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) e água. Para os efeitos do processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção, a dita água é considerada como um reagente. A água pode ser vantajosamente selecionada a partir de várias fontes, como, por exemplo, água limpa, água corrente, água de torneira, água salgada, água desionizada e/ou água destilada.
[0031] Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura dos siloxanos e água é caracterizada por uma razão molar unitária de água/[SiOH2] que é superior ou igual a 0,1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura dos siloxanos e água é caracterizada por uma razão molar unitária de água/[SiOH2] que é compreendida entre 2 e 10, por exemplo, entre 2 e 2,5.
[0032] Por exemplo, para um poli-hidrossiloxano “PHS”, a mistura de água/PHS correspondente será caracterizada por um valor de razão molar calculado como Razão H2O/PHS = (mH2O/MH2O) / (mPHS/MSiH2O) = (mH2O/18) / (mPHS/46,11).
[0033] A presente invenção também se refere a compostos carreadores de hidrogênio que compreendem uma mistura dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) e pelo menos um iniciador de liberação de hidrogênio e água. Para os efeitos do processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção, o dito iniciador de liberação de hidrogênio é considerado como um reagente. Não há restrição em relação ao tipo de iniciador de liberação de hidrogênio que pode ser usado de acordo com a presente invenção contanto que favoreça a oxidação hidrolítica dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I); e, desse modo, a reação de siloxano levando à liberação de hidrogênio correspondente. por exemplo, qualquer composto que favorecerá a oxidação hidrolítica do siloxano pode ser vantajosamente usado como iniciador de liberação de hidrogênio.
[0034] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o iniciador de liberação de hidrogênio é selecionado dentre um ou mais compostos da seguinte lista: - uma base mineral. por exemplo, a base mineral pode ser um hidróxido de metal alcalino terroso ou alcalino, como hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio, em que o hidróxido de sódio é particularmente preferencial; - um composto capaz de liberar um nucleófilo capaz de realizar a oxidação hidrolítica do composto carreador de hidrogênio siloxano como, por exemplo, um composto da fórmula RR’R’’R’’’ZY com Z sendo N ou P, Y sendo OH, F, Cl ou Br e R, R’, R’’ e R’’’ podem ser vantajosamente selecionados dentre C1-C15 alquila ou C6-C10 arila, com R, R’, R’’, R’’’ sendo iguais ou diferentes; - um catalisador organometálico homogêneo capaz de promover a oxidação hidrolítica do composto carreador de hidrogênio siloxano como, por exemplo, complexos organometálicos à base de ferro, rutênio, rênio, ródio, cobre, cromo, irídio, zinco e/ou tungstênio, etc…; e - um catalisador heterogêneo capaz de promover a oxidação hidrolítica do composto carreador de hidrogênio siloxano como, por exemplo, nanopartículas metálicas, [M/AlO(OH), M = Pd, Au, Rh, Ru e Cu], Pd/C e/ou qualquer metal anteriormente mencionado, de preferência, imobilizado em um suporte inorgânico.
[0035] Em uma modalidade da presente invenção, o iniciador de liberação de hidrogênio é selecionado dentre iniciador de liberação de hidrogênio livre de carbono, por exemplo, hidróxido de sódio.
[0036] A presente invenção também se refere a compostos carreadores de hidrogênio que compreendem uma mistura dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I), água, um iniciador de liberação de hidrogênio como definido acima e, opcionalmente, um catalisador C. Para os efeitos do processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção, o dito catalisador C é considerado como um reagente. Não há restrição em relação ao tipo de catalisador C que pode ser usado de acordo com a presente invenção contanto que aumente a cinética (isto é, a velocidade em que o hidrogênio é liberado) da oxidação hidrolítica dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I); e, desse modo, a reação de água/siloxano/iniciador de liberação de hidrogênio/catalisador C levando à liberação de hidrogênio correspondente. por exemplo, qualquer composto que aumentará significativamente a cinética da oxidação hidrolítica do siloxano pode ser vantajosamente usado como catalisador C.
[0037] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o catalisador C é selecionado dentre um ou mais compostos da seguinte lista: - um catalisador à base de fósforo (por exemplo, um catalisador suportado por polímero contendo um ou mais grupos de fósforo); - um catalisador à base de amina (por exemplo, um catalisador suportado por polímero contendo um ou mais grupos amina), ou um sal de amônio, por exemplo, RR’R’’R’’’NOH com R, R’, R’’, R’’’ sendo uma C1-C15 alquila ou uma C6-C10 arila, e R, R’, R’’, R’’’ sendo iguais ou diferentes; - catalisador de fonte de íons de fluoreto (por exemplo, fluoreto de tetrabutilamônio); e - hexametilfosforamida (“HMPA”).
[0038] Em uma modalidade da presente invenção, nenhum catalisador C individualmente citado acima é usado durante o processo de produção de hidrogênio.
[0039] Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água e iniciador de liberação de hidrogênio e catalisador C opcional é caracterizada por uma razão molar unitária de iniciador de liberação de hidrogênio/[SiOH2] que é superior ou igual a 0,01. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água e iniciador de liberação de hidrogênio é caracterizada por uma razão molar unitária de iniciador de liberação de hidrogênio/[SiOH2] que é compreendida entre 0,05 e 3, por exemplo, entre 0,05 e 0,35.
[0040] Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água, iniciador de liberação de hidrogênio e catalisador C é caracterizada por uma razão molar entre o catalisador e as unidades de monômero de
[SiOH2] no composto (I) que varia de 0,01 a 0,5. De preferência, a razão molar entre o catalisador C e as unidades de monômero de [SiOH2] no composto (I) varia de 0,02 a 0,1. Com mais preferência, a razão molar entre o catalisador C e as unidades de monômero de [SiOH2] no composto (I) é menor que 0,05, por exemplo, igual a 0,04.
[0041] Para os efeitos dos cálculos acima das razões molares unitárias entre iniciador e catalisador C para [SiOH2], quando o composto escolhido se encontra ao mesmo tempo na definição de iniciador de liberação de hidrogênio e na definição de catalisador C, é a sua quantidade total que é usada para ambas as razões.
[0042] Em uma outra modalidade da presente invenção, também foi revelado que os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos podem ser produzidos a partir de composto de sílica e/ou composto de silicato sem exigir o reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0043] O composto de sílica de acordo com a presente invenção pode ser definido como um composto contendo sílica e/ou uma mistura de dois ou mais dos ditos compostos contendo sílica.
[0044] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o composto de sílica é selecionado a partir de: • um composto de sílica de fórmula genérica SiO2,xH2O, • [SiO2]n com n superior ou igual a 2, ou - uma mistura de dois ou mais dos ditos compostos de sílica.
[0045] O composto de silicato de acordo com a presente invenção pode ser definido como um composto contendo silicato e/ou uma mistura de dois ou mais dos ditos compostos contendo silicato.
[0046] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o composto de silicato é selecionado a partir de: • um composto de silicato de sódio ou potássio de fórmula genérica Na2xSiO2+x ou K2xSiO2+x com x sendo um número inteiro compreendido entre 0 e 2, ou • um composto de ácido silícico da fórmula genérica [SiOx(OH)4-x]x- com x sendo um número inteiro compreendido entre 0 e 4 ou de fórmula genérica [SiOx(OH)4-2x]n quando n=1, x=0 ou 1 e quando n=2, x=1/2 ou 3/2, ou • um composto de silicato com uma estrutura polimérica como um íon de dissilicato de estrutura (Si2O7)6- ou um macroânion de estrutura genérica [SiO32-]n, [Si4O116-]n ou [Si2O52-]n com n superior ou igual a 2, ou - uma mistura de dois ou mais dos ditos compostos de silicato.
[0047] Também foi revelado que os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos podem ser regenerados sem exigir reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0048] As vantagens mais importantes dos processos de produção/regeneração da presente invenção consistem na possibilidade de aplicar os mesmos de modo contínuo; tal processo contínuo também pode, como explicado posteriormente, ser operado sem exigir a entrada de matérias-primas e/ou sem emissões de subproduto.
[0049] Também foi revelado que ao usar alguns compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos, - hidrogênio pode ser produzido em grandes quantidades, com altos rendimentos, em um tempo muito curto e com custos de produção muito baixos, sem entrada de energia para liberar o mesmo; e - foi possível gerar os ditos compostos carreadores de hidrogênio siloxano sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono, através do armazenamento de energia e reciclagem dos subprodutos emitidos a partir da produção de hidrogênio.
[0050] O termo “composto carreador de hidrogênio” pode ser entendido como um composto químico capaz de armazenar hidrogênio, transportar hidrogênio e liberar hidrogênio sob demanda; a característica dos compostos carreadores de hidrogênio de acordo com a presente invenção consiste no fato de que pode armazenar/transportar/liberar hidrogênio sem exigir qualquer entrada de energia (por exemplo, calor, energia elétrica etc…). Processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos
[0051] A presente invenção se refere a um processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos a partir do composto de sílica e/ou composto de silicato sem exigir reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0052] Embora o composto de silicato e/ou sílica (B) como definido abaixo no presente documento é uma fonte preferencial para o material de partida para o processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos de acordo com a presente invenção, sílica e/ou outros minerais contendo silicato, como, por exemplo, zircônio, jade, mica, quartzo, cristobalita, areia etc… podem ser vantajosamente usados como fonte de material de partida para o processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos. Para os efeitos da presente invenção e reivindicações anexas, o composto de silicato e/ou sílica (B) é, de preferência, um composto de sílica e/ou um composto de silicato produzidos a partir da oxidação hidrolítica do composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano. Processo para regenerar compostos carreadores de hidrogênio siloxano
[0053] A presente invenção também se refere a um processo para regenerar compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos, em que o dito processo compreende a etapa de oxidação hidrolítica dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano para a produção de hidrogênio e composto de silicato e/ou sílica (B), e a etapa de conversão do dito composto de silicato e/ou sílica (B) nos compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos, em que o dito processo não exige o reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0054] A produção e regeneração dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos de acordo com a presente invenção são adicionalmente detalhadas e explicadas na seguinte descrição. O fato de ter conseguido desenvolver processes correspondentes não exigindo reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono, representa um avanço no campo de hidrogênio energia, transporte de hidrogênio e hidrogênio para a indústria automotiva. Compostos carreadores de hidrogênio siloxano
[0055] Em uma outra modalidade, a presente invenção também se refere a compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos que exibem uma estrutura química linear e que compreende uma ou mais unidades da fórmula (I): fórmula (I) em que n é um número inteiro (que representa o número de unidades de repetição) superior ou igual a um, de preferência, superior ou igual a 2, por exemplo, superior ou igual a 3, ou até mesmo superior ou igual a quatro. Em uma modalidade da presente invenção, n é inferior ou igual a 500, por exemplo, inferior ou igual a 50.
[0056] Em uma modalidade da presente invenção, o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido da fórmula (I) é um composto linear, por exemplo, um composto linear da fórmula ROH2nSinOnR’ com n sendo um número inteiro superior ou igual a 1, de preferência, superior ou igual a 2, por exemplo, superior ou igual a 3, ou até mesmo superior ou igual a quatro, R e R’ podem ser vantajosamente selecionados dentre Me, Et, Pr, iPr, Bu, tBu, Ph e/ou SiR’’3 com R” sendo selecionado dentre H, Me, Et, Pr, iPr, Bu, tBu e/ou Ph. Em uma modalidade da presente invenção, n é inferior ou igual a 500, por exemplo, inferior ou igual a
50.
[0057] Em uma outra modalidade da presente invenção, o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido da fórmula (I) é um composto linear, por exemplo, um composto linear da fórmula ROH2nSinOnR’ com n sendo um número inteiro superior ou igual a 1, de preferência, superior ou igual a 2, por exemplo, superior ou igual a 3, ou até mesmo superior ou igual a quatro, em que os radicais R e R’ não contêm carbono; R e R’ são, de preferência, selecionados dentre os radicais definidos no parágrafo anterior em que os radicais R e R’ não contêm carbono; R e R’ são, com máxima preferência, SiH3. Em uma modalidade da presente invenção, n é inferior ou igual a 500, por exemplo, inferior ou igual a 50.
[0058] Para os compostos carreadores de hidrogênio siloxano lineares, uma extremidade de cadeia de radical livre de carbono (por exemplo, SiH3) é selecionada visto que apresenta muitas vantagens (em comparação a outras extremidades de cadeia contendo carbono, como SiMe3, por exemplo): - peso molecular inferior permitindo uma melhor eficiência gravimétrica de peso do composto de siloxano, significando uma razão maior entre o peso de hidrogênio transportando pelo composto em comparação a seu peso molecular total. - De modo simples e sem qualquer reciclagem de emissões de carbono da extremidade de cadeia de SiH3 quando comparada a SiMe3, por exemplo, visto que H3SiCl é um subproduto do processo de regeneração (consulte, a etapa 4), que é, por conseguinte, avaliado, e não requer entrada externa de matéria-prima para sua reciclagem.
[0059] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos não contêm átomos de carbono. No entanto, para os efeitos da presente invenção e reivindicações anexas, e a fim de impedir uma restrição indevida do escopo da presente invenção, os Requerentes usaram a expressão “sem emissões substanciais de carbono” para tolerar algumas emissões de carbono; por exemplo, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano da presente invenção podem compreender carbono, contanto que o teor de carbono correspondente dos ditos compostos carreadores de hidrogênio siloxano seja menor que 25 % em peso. O dito teor de carbono pode ser calculado realizando-se a razão entre o peso molecular (em g/mol) de todos os átomos de carbono contidos no composto carreador de hidrogênio siloxano e o peso molecular total (em g/mol) do composto carreador de hidrogênio siloxano. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o teor de carbono é menor que 10 % em peso, de preferência, menor que 5 % em peso, por exemplo, inferior a 2 % em peso, ou até mesmo com mais preferência, igual a 0 % em peso.
[0060] Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, - quando os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos são livres de carbono, não há emissões de carbono, e - quando os compostos carreadores de hidrogênio siloxano contêm carbono, as emissões de carbono correspondentes seriam menores que 0,9244 kg de CO2 por kg de composto carreador de hidrogênio siloxano produzido e/ou reciclado, de preferência, menores que 0,462, com mais preferência, menores que 0,231, por exemplo, menores que 0,1 ou ainda menores que 0,055 kg de CO2.
[0061] Em uma outra modalidade da presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos consistem em uma mistura de dois ou mais de qualquer um dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano lineares definidos acima da fórmula (I).
[0062] Em uma outra modalidade da presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos consistem em uma mistura de dois ou mais de qualquer um dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano lineares e cíclicos definidos acima da fórmula (I).
[0063] Nessa modalidade de “mistura”, quando os compostos carreadores de hidrogênio siloxano lineares da fórmula (I) representam as espécies principais em peso na mistura (isto é, representam mais que 50 por cento em peso), é vantajoso limitar a quantidade de compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclico da fórmula (I) para menos de 20 por cento em peso, por exemplo, menos de 10 por cento em peso na mistura; em uma modalidade, mais que 0,01 por cento em peso, ou ainda mais que 0,1 por cento em peso de compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclico da fórmula (I) pode estar vantajosamente presente na dita mistura.
[0064] Nessa modalidade de “mistura”, quando os compostos carreadores de hidrogênio siloxano cíclico da fórmula (I) representam as espécies principais em peso na mistura (isto é, representam mais que 50 por cento em peso), é vantajoso limitar a quantidade de compostos carreadores de hidrogênio siloxano lineares da fórmula (I) para menos de 20 por cento em peso, por exemplo, menos de 10 por cento em peso na mistura; 0,01 por cento em peso, ou até mesmo 0,1 por cento em peso dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano lineares da fórmula (I) pode estar vantajosamente presente na dita mistura.
[0065] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam uma viscosidade dinâmica entre 0,1 e 10000 mPa.s a uma temperatura de 20 °C e uma pressão de 1,01325 × 105 Pa. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam uma viscosidade dinâmica entre 0,2 e 50 mPa.s a uma temperatura de 20 °C e uma pressão de 1,01325 × 105 Pa. A viscosidade dinâmica a uma temperatura de 20 °C e uma pressão de 1,01325 × 105 Pa dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) podem ser medidas de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, podem ser determinadas de acordo com a norma ISO 1628-1.
[0066] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o peso molecular ponderal médio (Mn) e/ou a distribuição de peso molecular (Ð) dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano lineares líquidos da fórmula (I) podem variar de 64 a 30.000 g/mol e de 1,1 a 50, respectivamente. O peso molecular médio e a distribuição de peso molecular dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano lineares da fórmula (I) podem ser medidos de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, o mesmo pode ser determinado de acordo com a norma ISO 16014.
[0067] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam um índice de refração entre 1 e 2 a uma temperatura de 20 °C e em um comprimento de onda de 589 nm. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam um índice de refração entre 1,2 e 1,5 a uma temperatura de 20 °C e em um comprimento de onda de 589 nm. O índice de refração dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) pode ser medido de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, o mesmo pode ser determinado de acordo com a norma ASTM D1218.
[0068] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam um ponto de ebulição entre 30 e 500 °C, por exemplo, entre 50 e 500 °C, a uma pressão de 1,01325 × 105 Pa, por exemplo, um ponto de ebulição compreendido entre 50 e 150 °C. O ponto de ebulição dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) pode ser medido de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, o mesmo pode ser determinado de acordo com a norma ISO 918.
[0069] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) apresentam um ponto de ignição entre 50 e 500 °C. O ponto de ignição dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) pode ser medido de acordo com qualquer método apropriado; por exemplo, o mesmo pode ser determinado de acordo com a norma ISO 3679.
[0070] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos da fórmula (I) são selecionados dentre os compostos de siloxano lineares que têm a fórmula
H H H Si O Si O Si H H n H
H com n sendo um número inteiro superior ou igual a 1, de preferência, superior ou igual a 2, por exemplo, superior ou igual a 3, ou até mesmo superior ou igual a quatro. Em uma modalidade da presente invenção, n é inferior ou igual a 500, por exemplo, inferior ou igual a 50. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos consistem em qualquer mistura de dois ou mais dos ditos compostos de siloxano lineares líquidos.
[0071] De acordo com a presente invenção, os compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) são líquidos (a temperatura e pressão normais (NTP); por exemplo, a uma temperatura de 20 °C e uma pressão absoluta de 1,01325 × 105 Pa).
[0072] A presente invenção também se refere a compostos carreadores de hidrogênio que compreendem uma mistura dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) e água. Para os efeitos do processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção, a dita água é considerada como um reagente. A água pode ser vantajosamente selecionada a partir de várias fontes, como, por exemplo, água limpa, água corrente, água de torneira, água salgada, água desionizada e/ou água destilada.
[0073] Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura dos siloxanos e água é caracterizada por uma razão molar unitária de água/[SiOH2] que é superior ou igual a 0,1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura dos siloxanos e água é caracterizada por uma razão molar unitária de água/[SiOH2] que é compreendida entre 2 e 2,5.
[0074] Por exemplo, para um poli-hidrossiloxano “PHS”, a mistura de água/PHS correspondente será caracterizada por um valor de razão molar calculado como Razão H2O/PHS = (mH2O/MH2O) / (mPHS/MSiH2O) = (mH2O/18) / (mPHS/46,11).
[0075] A presente invenção também se refere a compostos carreadores de hidrogênio que compreendem uma mistura dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) e pelo menos um iniciador de liberação de hidrogênio e água. Para os efeitos do processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção, o dito iniciador de liberação de hidrogênio é considerado como um reagente. Não há restrição em relação ao tipo de iniciador de liberação de hidrogênio que pode ser usado de acordo com a presente invenção contanto que favoreça a oxidação hidrolítica dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I); e, desse modo, a reação de siloxano levando à liberação de hidrogênio correspondente. por exemplo, qualquer composto que favorecerá a oxidação hidrolítica do siloxano pode ser vantajosamente usado como iniciador de liberação de hidrogênio.
[0076] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o iniciador de liberação de hidrogênio é selecionado dentre um ou mais compostos da seguinte lista: - uma base mineral. Por exemplo, a base mineral pode ser um hidróxido de metal alcalino terroso ou alcalino, como hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio, em que o hidróxido de sódio é particularmente preferencial; - um composto capaz de liberar um nucleófilo capaz de realizar a oxidação hidrolítica do composto carreador de hidrogênio siloxano como, por exemplo, um composto da fórmula RR’R’’R’’’ZY com Z sendo N ou P, Y sendo OH, F, Cl ou Br e R, R’, R’’ e R’’’ podem ser vantajosamente selecionados dentre C1-C15 alquila ou C6-C10 arila, com R, R’, R’’, R’’’ sendo iguais ou diferentes; - um catalisador organometálico homogêneo capaz de promover a oxidação hidrolítica do composto carreador de hidrogênio siloxano como, por exemplo, complexos organometálicos à base de ferro, rutênio, rênio, ródio, cobre, cromo, irídio, zinco e/ou tungstênio, etc…; e - um catalisador heterogêneo capaz de promover a oxidação hidrolítica do composto carreador de hidrogênio siloxano como, por exemplo, nanopartículas metálicas, [M/AlO(OH), M = Pd, Au,
Rh, Ru e Cu], Pd/C e/ou qualquer metal anteriormente mencionado, de preferência, imobilizado em um suporte inorgânico.
[0077] Em uma modalidade da presente invenção, o iniciador de liberação de hidrogênio é selecionado dentre iniciador de liberação de hidrogênio livre de carbono, por exemplo, hidróxido de sódio.
[0078] A presente invenção também se refere a compostos carreadores de hidrogênio que compreendem uma mistura dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I), água, um iniciador de liberação de hidrogênio como definido acima e, opcionalmente, um catalisador C. Para os efeitos do processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção, o dito catalisador C é considerado como um reagente. Não há restrição em relação ao tipo de catalisador C que pode ser usado de acordo com a presente invenção contanto que aumente a cinética (isto é, a velocidade em que o hidrogênio é liberado) da oxidação hidrolítica dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I); e, desse modo, a reação de água/siloxano/iniciador de liberação de hidrogênio/catalisador C levando à liberação de hidrogênio correspondente. por exemplo, qualquer composto que aumentará significativamente a cinética da oxidação hidrolítica do siloxano pode ser vantajosamente usado como catalisador C.
[0079] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o catalisador C é selecionado dentre um ou mais compostos da seguinte lista: - um catalisador à base de fósforo (por exemplo, um catalisador suportado por polímero contendo um ou mais grupos de fósforo); - um catalisador à base de amina (por exemplo, um catalisador suportado por polímero contendo um ou mais grupos amina), ou um sal de amônio, por exemplo, RR’R’’R’’’NOH com R, R’, R’’, R’’’ sendo uma C1-C15 alquila ou uma C6-C10 arila, e R, R’, R’’, R’’’ sendo iguais ou diferentes; - catalisador de fonte de íons de fluoreto (por exemplo, fluoreto de tetrabutilamônio); e - hexametilfosforamida (“HMPA”).
[0080] Em uma modalidade da presente invenção, nenhum catalisador C individualmente citado acima é usado durante o processo de produção de hidrogênio.
[0081] Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água e iniciador de liberação de hidrogênio e catalisador C opcional é caracterizada por uma razão molar unitária de iniciador de liberação de hidrogênio/[SiOH2] que é superior ou igual a 0,01. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água e iniciador de liberação de hidrogênio é caracterizada por uma razão molar unitária de iniciador de liberação de hidrogênio/[SiOH2] que é compreendida entre 0,05 e 0,35.
[0082] Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água, iniciador de liberação de hidrogênio e catalisador C é caracterizada por uma razão molar entre o catalisador e as unidades de monômero de [SiOH2] no composto (I) que varia de 0,01 a 0,5. De preferência, a razão molar entre o catalisador C e as unidades de monômero de [SiOH2] no composto (I) varia de 0,02 a 0,1. Com mais preferência, a razão molar entre o catalisador C e as unidades de monômero de [SiOH2] no composto (I) é menor que 0,05, por exemplo, igual a 0,04.
[0083] Para os efeitos dos cálculos acima das razões molares unitárias entre iniciador e catalisador C para [SiOH2], quando o composto escolhido se encontra ao mesmo tempo na definição de iniciador de liberação de hidrogênio e na definição de catalisador C, é a sua quantidade total que é usada para ambas as razões. Processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos
[0084] A presente invenção se refere a um processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos a partir do composto de sílica e/ou composto de silicato sem exigir reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0085] Embora o composto de silicato e/ou sílica (B) como definido abaixo no presente documento é uma fonte preferencial para o material de partida para o processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos de acordo com a presente invenção, sílica e/ou outros minerais contendo silicato, como, por exemplo, zircônio, jade, mica, quartzo, cristobalita, areia etc… podem ser vantajosamente usados como fonte de material de partida para o processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos. Para os efeitos da presente invenção e reivindicações anexas, o composto de silicato e/ou sílica (B) é, de preferência, um composto de sílica e/ou um composto de silicato produzidos a partir da oxidação hidrolítica do composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano. Processo para regenerar compostos carreadores de hidrogênio siloxano
[0086] A presente invenção também se refere a um processo para regenerar compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos, em que o dito processo compreende a etapa de oxidação hidrolítica dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano para a produção de hidrogênio e composto de silicato e/ou sílica (B), e a etapa de conversão do dito composto de silicato e/ou sílica (B) nos compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos, em que o dito processo não exige o reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0087] A produção e regeneração dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos de acordo com a presente invenção são adicionalmente detalhadas e explicadas na seguinte descrição. O fato de ter conseguido desenvolver processes correspondentes não exigindo reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono, representa um avanço no campo de hidrogênio energia, transporte de hidrogênio e hidrogênio para a indústria automotiva. Produção de hidrogênio
[0088] A presente invenção também se refere a um método para a produção de hidrogênio pela oxidação hidrolítica de siloxanos na presença de água em que os siloxanos são compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos que são selecionados dentre os siloxanos líquidos já definidos acima no presente documento, de preferência, os siloxanos cíclicos como definido acima no presente documento.
[0089] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o método para a produção de hidrogênio é caracterizado no fato de que a razão molar unitária de água/[SiOH2] é superior ou igual a 0,1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura dos siloxanos e água é caracterizada por uma razão molar unitária de água/[SiOH2] que é compreendida entre 2 e 10, por exemplo, entre 2 e 2,5.
[0090] Em uma modalidade da presente invenção, o método para a produção de hidrogênio é caracterizado na presença de pelo menos um iniciador de liberação de hidrogênio durante a oxidação hidrolítica de siloxanos na presença de água. Não há restrição em relação ao tipo de iniciador de liberação de hidrogênio que pode ser usado de acordo com a presente invenção contanto que favoreça a oxidação hidrolítica dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I); e, desse modo, a reação de água/siloxano leva à liberação de hidrogênio correspondente. Por exemplo, qualquer composto que favorecerá a oxidação hidrolítica do siloxano pode ser vantajosamente usado como iniciador de liberação de hidrogênio; iniciadores de liberação de hidrogênio úteis há foram definidos acima no presente documento. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água e iniciador de liberação de hidrogênio e catalisador C opcional é caracterizada por uma razão molar unitária de iniciador de liberação de hidrogênio/[SiOH2]
que é superior ou igual a 0,01. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água e iniciador de liberação de hidrogênio é caracterizada por uma razão molar unitária de iniciador de liberação de hidrogênio/[SiOH2] que é compreendida entre 0,05 e 3, por exemplo, entre 0,05 e 0,35.
[0091] Em uma modalidade da presente invenção, o método para a produção de hidrogênio é caracterizado na presença de uma mistura dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I), água, um iniciador de liberação de hidrogênio como definido acima e um catalisador C. Não há restrição em relação ao tipo de catalisador C que pode ser usado de acordo com a presente invenção contanto que aumente a cinética (isto é, a velocidade na qual o hidrogênio é liberado) da oxidação hidrolítica dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I); e, desse modo, a reação de água/siloxano/iniciador de liberação de hidrogênio/catalisador C levando à liberação de hidrogênio correspondente. Por exemplo, qualquer composto que aumentará significativamente a cinética da oxidação hidrolítica do siloxano pode ser vantajosamente usado como catalisador C; catalisadores C úteis já foram definidos acima no presente documento. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de siloxanos, água, iniciador de liberação de hidrogênio e catalisador C é caracterizada por uma razão molar entre o catalisador e as unidades de monômero de [SiOH2] no composto (I) que varia de 0,01 a 0,5. De preferência, a razão molar entre o catalisador C e as unidades de monômero de [SiOH2] no composto (I) varia de 0,02 a 0,1. Com mais preferência, a razão molar entre o catalisador C e as unidades de monômero de [SiOH2] no composto (I) é menor que 0,05, por exemplo, igual a 0,04.
[0092] A presente invenção também se refere ao uso dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano selecionados da fórmula (I) para a produção de hidrogênio.
[0093] Não há restrição em relação aos métodos que podem ser usados para o método de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção contanto que a liberação de hidrogênio dos compostos carreadores de água/hidrogênio da fórmula (I) não exija energia adicional e satisfaça os requisitos da indústria de hidrogênio.
[0094] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de hidrogênio a partir dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 0 a 200 °C. Com mais preferência, a temperatura varia de 15 a 30 °C.
[0095] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de hidrogênio a partir dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 × 105 Pa a 500 × 105 Pa.
[0096] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o método para a produção de hidrogênio a partir dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) pode tolerar a presença de um solvente. Não há restrição em relação ao tipo de solvente que pode ser usado para o método de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção contanto que a liberação de hidrogênio a partir dos compostos carreadores de hidrogênio da fórmula (I) satisfaça os requisitos da indústria de hidrogênio. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o dito solvente é selecionado a partir de álcool (por exemplo, metanol), solventes aquosos, solventes orgânicos e/ou uma mistura de dois ou mais dos ditos solventes. Para os efeitos do processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção, o dito solvente é considerado como um reagente.
[0097] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o método para a produção de hidrogênio a partir dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) compreende as seguintes etapas: a) entrar em contato com os compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) e um catalisador C para formar uma mistura de siloxano/catalisador e: b) combinar o siloxano com uma solução aquosa do iniciador de liberação de hidrogênio, na presença de um catalisador C, para produzir hidrogênio. As etapas a) e b) podem ocorrer de modo consecutivo ou simultâneo.
[0098] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a mistura de reação usada no método para a produção de hidrogênio a partir dos compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que - os compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I), - subprodutos do tipo silicato correspondentes, - hidrogênio, - a água,
- o iniciador (ou iniciadores) de liberação de hidrogênio, e - o catalisador opcional, e - os solventes opcionais representam pelo menos 90 por cento em peso da dita mistura de reação, de preferência, pelo menos 95 por cento em peso, por exemplo, pelo menos 99 por cento em peso.
[0099] Em uma modalidade, a presente invenção também se refere a um dispositivo para produzir hidrogênio de acordo com o método descrito acima no presente documento, em que o dito dispositivo compreende uma câmara de reação que compreende: - uma entrada de mistura de reação, em que a dita mistura compreende os compostos carreadores de hidrogênio siloxano da fórmula (I) e um solvente opcional; - uma saída de hidrogênio; - opcionalmente um coletor de subproduto; e, - opcionalmente, uma superfície destinada a estar em contato com a dita mistura, revestida com um catalisador suportado por polímero como descrito acima no presente documento. Produção de siloxano líquido e regeneração de siloxano líquido
[0100] Como explicado acima no presente documento, os objetivos da presente invenção também consistem em produzir os compostos carreadores de hidrogênio e regenerar os compostos carreadores de hidrogênio pela reciclagem dos subprodutos emitidos a partir da produção de hidrogênio, ecológica e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0101] Desse modo, a presente invenção se refere a um processo para produzir compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos a partir do composto de sílica e/ou composto de silicato, de preferência, a partir do composto de silicato e/ou sílica (B), sem exigir reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0102] A presente invenção também se refere a um processo para regenerar composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano, em que o dito processo compreende a etapa de oxidação hidrolítica do composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano para a produção de hidrogênio e composto (ou compostos) de silicato e/ou sílica (B), e as etapas de conversão do dito composto (ou compostos) de silicato e/ou sílica (B) em compostos carreadores de hidrogênio siloxano, de preferência, o mesmo composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano, em que o dito processo não exige reagente contendo carbono e/ou sem emissões substanciais de carbono, de preferência, sem emissões de carbono.
[0103] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um processo para a produção de um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido que consiste nas vias de reação X, Y, ou Z que compreende as seguintes etapas consecutivas: - fornecer o composto de sílica e/ou composto de silicato, ○ para a via de reação X, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato a uma etapa de halogenação para produzir tetra-haleto de silício, ▪ submeter o tetra-haleto de silício a uma etapa de redução para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para produzir o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido; ○ para a via de reação Y, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato a uma etapa de redução para produzir silício, ▪ submeter silício a uma etapa de hidro- halogenação para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para produzir o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido; ○ para via de reação Z, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato a uma etapa de halogenação para produzir tetra-haleto de silício, ▪ submeter o tetra-haleto de silício a uma etapa de redução para produzir silício, ▪ submeter silício a uma etapa de hidro- halogenação para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para produzir o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido. Silicato/sílica.
[0104] Em uma modalidade da presente invenção, isto é,
quando um silicato é selecionado como o material de partida do processo de produção/regeneração de siloxano, um tratamento adicional (por exemplo, evaporação de solvente, tratamento químico por um ácido, pirólise…) do silicato pode ser vantajosamente usado para obter sílica (SiO2), sendo essa última usada como a matéria-prima do processo de siloxano.
[0105] Em uma modalidade da presente invenção, o composto de silicato e/ou sílica pode ser submetido a um tratamento mecânico adicional, por exemplo, trituração e/ou peneiração, antes de ser submetido à etapa de redução de via de reação Y e/ou antes de ser submetido à etapa de halogenação das vias de reação X e Z.
[0106] Em uma modalidade da presente invenção pertencente à via de reação Y, sua etapa inicial de submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato a uma etapa de redução para produzir silício pode ser realizada em uma ou duas etapas; por exemplo, um processo de redução de uma etapa ou um processo de redução de duas etapas com produção intermediária de SiO.
[0107] Para os efeitos da presente descrição e das reivindicações anexas, a seguinte numeração foi usada para etapas de reação individuais: - para as vias de reação X e Z, ○ halogenação do composto de silicato e/ou sílica para a produção de tetra-haleto de silício corresponde à etapa 2(a); qualquer fonte de haleto adequada pode ser usada para a etapa 2(a) contanto que favoreça a produção de tetra- haleto de silício;
- para a via de reação Y, ○ A etapa 2(c) corresponde à redução de uma etapa do composto de sílica e/ou composto de silicato para produzir silício; ○ As etapas 2(b) e 3(c) correspondem à redução de duas etapas do composto de sílica e/ou do composto de silicato para produzir silício; - para a via de reação Z, ○ As etapas 3(a’) e/ou Etapa 3(b) correspondem à redução do tetra-haleto de silício para produzir silício; - para a via de reação X, ○ A etapa 3(a) corresponde à redução do tetra- haleto de silício para produzir halossilano; - para as vias de reação Y e Z, ○ A etapa 4 corresponde ao processo de hidro- halogenação de silício para produzir halossilano; - para as vias de reação X, Y e/ou Z, ○ A etapa 5 corresponde à hidrólise do halossilano para produzir o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido.
[0108] Para efeitos ilustrativos e não limitativos, um exemplo do processo de produção de siloxano é detalhado na Figura 1, e a Figura 2 ilustra os exemplos das etapas de processo individual; - Na Figura 2, a etapa 3(b), no caso em que Na é usado com agente de redução (etapa 3(b)), os 4 equivalentes formados de NaF são reciclados para regenerar 4 Na e 4 HF em um processo que não é revelado aqui. - Na Figura 2, a etapa 3(c), no caso em que a redução de gás hidrogênio de via de SiO é empregada (etapa 3(c)), 2 equivalentes de Si são formados. Um equivalente do último pode ser vantajosamente reinjetado na etapa 2(b) a fim de evitar qualquer entrada de Si no processo e o outro equivalente (o conteúdo em “excesso”) é vantajosamente consumido na próxima etapa 4 do processo. - Na Figura 2, a etapa 4 do processo de produção é um processo de múltiplos estágios que não é completamente revelado aqui.
[0109] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um processo para a regeneração do composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano líquido que compreende a oxidação hidrolítica do composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano para a produção de hidrogênio e composto de silicato e/ou sílica (B) seguido das vias de reação X, Y, ou Z que compreendem as seguintes etapas consecutivas: ○ para a via de reação X, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato (B) a uma etapa de halogenação para produzir tetra-haleto de silício, ▪ submeter o tetra-haleto de silício a uma etapa de redução para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para regenerar o composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano líquido, de preferência, o mesmo composto (ou compostos)
carreador de hidrogênio siloxano líquido; ○ para a via de reação Y, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato (B) a uma etapa de redução para produzir silício, ▪ submeter silício a uma etapa de hidro- halogenação para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para regenerar o composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano líquido, de preferência, o mesmo composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano líquido; ○ para via de reação Z, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato (B) a uma etapa de halogenação para produzir tetra-haleto de silício, ▪ submeter o tetra-haleto de silício a uma etapa de redução para produzir silício, ▪ submeter silício a uma etapa de hidro- halogenação para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para regenerar o composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano líquido, de preferência, o mesmo composto (ou compostos) carreador de hidrogênio siloxano líquido.
[0110] Para efeitos ilustrativos e não limitativos, um exemplo do processo de regeneração a partir do composto carreador de hidrogênio siloxano Tri(bis(hidro)ciclossiloxano) (com 3 unidades de repetição “D3”) é detalhado na Figura 3;
- Na Figura 3, etapa 3(b), no caso em que Na é usado com agente de redução, os 4 equivalentes formados de NaF são reciclados para regenerar 4 equivalentes de Na e 4 equivalentes de HF em um processo que não é revelado aqui. - Na Figura 3, etapa 3(c), no caso em que a redução de gás hidrogênio da via de SiO é empregada (etapa 3(c)), 2 equivalentes de Si são formados. Um equivalente do último é reinjetado na etapa 2(b) a fim de evitar qualquer entrada de Si no processo e o outro equivalente (o conteúdo em “excesso”) é vantajosamente consumido na próxima etapa 4 do processo.
[0111] Os ditos compostos carreadores de hidrogênio siloxano regenerados podem ser vantajosamente usados no método de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção que permite a reinicialização do ciclo.
[0112] Uma grande vantagem trazida pelos compostos de polidi-hidrossiloxano de acordo com a presente invenção como carreadores de energia à base de hidrogênio (ao contrário de PHMS e TMDS devido à presença da fração de metila não hidrolisável ligada ao átomo de silício central) consiste no fato de que sua hidrólise completa durante o processo de liberação de hidrogênio leva exclusivamente a um composto (ou compostos) de sílica/silicato (B); o dito composto (ou compostos) de sílica/silicato (B) sendo um material de partida simples para um processo ecológico e/ou sem emissões substanciais de carbono (de preferência, completamente livre de carbono), exaustivamente exemplificado e processo de regeneração econômica de átomo permitindo a recuperação do óleo combustível de partida exato. Etapa 2(a) – halogenação de produtos do tipo sílica/silicato (vias de reação X ou Z)
[0113] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um método para a halogenação do composto de sílica/silicato (B) por uma fonte de haleto para a produção do composto de tetra-haleto de silício. Qualquer fonte de haleto pode ser vantajosamente usada. O haleto de hidrogênio é uma fonte de haleto preferencial; o dito haleto de hidrogênio pode ser vantajosamente uma solução aquosa ou um gás, por exemplo, fluoreto de hidrogênio (HF). Por exemplo, quando o fluoreto de hidrogênio é usado para a etapa de halogenação, tetrafluoreto de silício e água como subproduto são formados; a água pode ser coletada a fim de ser reutilizada em uma etapa adicional do processo ou eletrolisada, formando gás de oxigênio e hidrogênio, o formador sendo, por exemplo, diretamente consumido pela próxima etapa do processo. Etapa 2(b) – Redução de produtos do tipo sílica/silicato para formar SiO (via de reação Y – primeira etapa da redução de duas etapas)
[0114] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um método para a redução do composto de sílica/silicato (B) na presença de silício elementar para a produção de SiO. Qualquer fonte de silício elementar pode ser vantajosamente usada. O silício de grau metalúrgico é uma fonte de silício elementar preferencial. Visto que o silício elementar é usado para a etapa de redução, dois equivalentes de SiO são formados por silicato transformado; o SiO formado sendo, por exemplo, diretamente consumido pela etapa 3(c) do processo.
[0115] Um exemplo do processo de produção de Si do composto de sílica/silicato (B) simbolizado nesse caso como sílica (SiO2) que é uma combinação das etapas 2(b) e 3(c) pode ser encontrado na figura 1. Etapa 2(c) - Redução de produtos do tipo sílica/silicato para formar Si (via de reação Y – redução de uma etapa)
[0116] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um método para a redução do composto de sílica/silicato (B) na presença de gás hidrogênio para a produção de silício elementar. O silício elementar produzido pode ser de grau metalúrgico ou fotovoltaico. Outro gás (ou gases) pode ser opcionalmente empregado além do hidrogênio, por exemplo, um gás inerte, como argônio ou nitrogênio. Visto que a reação de redução de compostos de sílica/silicato por hidrogênio é endotérmica, uma fonte de calor é necessária; qualquer fonte de calor pode ser selecionada, por exemplo, tecnologia de arco elétrico, aquecimento por indução, micro-ondas, filamento a quente, tecnologia de plasma. Plasma é particularmente preferencial; por exemplo, uma tecnologia de plasma correspondente pode compreender vantajosamente um maçarico de plasma permitindo a criação de um jato de plasma. O jato de plasma é, de preferência, feito de gás hidrogênio, com ou sem gás (ou gases) adicional (como, por exemplo, argônio), passando por eletrodos. A sílica pode ser introduzida no jato de plasma de hidrogênio sob vácuo antes de reagir na fase gasosa com hidrogênio a uma temperatura compreendida entre 2000 e 20.000 K para formar silício e água. O silício é, então, condensado e recuperado como um sólido.
[0117] A reação de redução de compostos de sílica/silicato por gás hidrogênio produz água como subproduto. A água formada pode ser vantajosamente usada como reagente químico e/ou como fonte de aquecimento para outras utilidades e/ou pode ser transformada em um eletrolisador para reformar o gás hidrogênio e/ou pode ser usada para fazer funcionar uma turbina a vapor para produzir eletricidade. Etapas 3(a) e 3(a’) – Redução do tetra-haleto de silício
[0118] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um método para a redução do composto de tetra-haleto de silício pelo gás hidrogênio (por exemplo, o hidrogênio formado pela eletrólise de água coletada a partir da etapa anterior; ou hidrogênio recuperado de uma outra etapa do processo; ou do hidrogênio fatal coletado de um processo externo) para a produção de silício elementar [etapa 3(a’)] e/ou halossilano (ou halossilanos) [etapa 3(a)], por exemplo, silano (SiH4), mono-halossilano (H3SiX) e/ou di-halossilano (H2SiX2) e/ou tri-halossilano (HSiX3) e/ou tetra-halossilano (SiX4). No caso em que o tetrafluoreto de silício (SiF4) é usado como fonte de tetra-haleto de silício, a etapa de redução que emprega o gás hidrogênio pode levar ao silício elementar e pode liberar o fluoreto de hidrogênio (HF) como subproduto [etapa 3(a’)]. Uma redução parcial também pode ocorrer levando à monofluorossilano e/ou difluorossilano e/ou trifluorossilano e/ou tetrafluorossilano e pode liberar fluoreto de hidrogênio (HF) como subproduto [etapa 3(a)]. O dito HF formado pode ser vantajosamente reinjetado na etapa de halogenação acima [etapa 2(a)] levando a um saldo de material equilibrado ao longo das etapas (2) e (3) do processo de produção/regeneração. Etapa 3(b) – Redução do composto de tetra-haleto de silício
[0119] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um método para a redução do composto de tetra-haleto de silício por um redutor metálico para a produção de silício elementar. Os metais alcalinos podem ser vantajosamente selecionados como o redutor metálico, por exemplo, sódio. A etapa de redução que emprega um metal alcalino, como sódio, pode levar ao silício elementar e pode liberar fluoreto de sódio (NaF), sendo o último vantajosamente reciclado em um processo de múltiplas etapas que regeneram Na e HF. O dito Na regenerado pode ser vantajosamente reutilizado como redutos na etapa 3(b) mencionada aqui levando a um saldo de material equilibrado. O dito HF regenerado pode ser vantajosamente reutilizado, por exemplo, na etapa 2(a) do processo levando a um saldo de material equilibrado. Etapa 3(c) – Redução de SiO pelo gás hidrogênio
[0120] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um método para a redução de SiO pelo gás hidrogênio para a produção de silício elementar. Uma parte do silício elementar produzido pode ser vantajosamente reinjetada na etapa 2(b) a fim de evitar qualquer entrada de silício elementar no processo, a outra parte (em “excesso”) do silício elementar produzido sendo diretamente consumido na próxima etapa de hidro-halogenação
4 do processo. Etapa 4 –Hidro-halogenação do silício elementar
[0121] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um método para a hidro-halogenação do silício elementar para a produção de halossilanos, por exemplo, mono-halossilano (H3SiX), di-halossilano (H2SiX2), tri-halossilano (HSiX3) e/ou tetra-halossilano (SiX4), ou uma mistura desses compostos (X sendo um haleto). O silício elementar usado na etapa de hidro-halogenação se origina, de preferência, da etapa anterior do processo. O cloreto de hidrogênio (HCl) é uma fonte de haleto de hidrogênio preferencial para a dita hidro-halogenação do silício elementar em diclorossilano (H2SiCl2) e/ou triclorossilano (HSiCl3) e/ou tetraclorossilano (SiCl4); o dito cloreto de hidrogênio pode ser vantajosamente uma solução aquosa ou um gás. No caso em que o cloreto de hidrogênio é usado, um processo pode ser projetado a fim de redistribuir HSiCl3, que é o principal produto da reação de hidroclorinação de silício, através de uma reação de dismutação catalisada em uma mistura de H3SiCl, H2SiCl2, HSiCl3 e SiCl4. SiCl4 pode ser vantajosamente reciclado através da redução por gás hidrogênio na presença de silício elementar em uma mistura de H2SiCl2, HSiCl3 e SiCl4. O silício elementar usado na etapa de redução de SiCl4 se origina, de preferência, da etapa anterior do processo. O gás hidrogênio usado na etapa de redução de SiCl4 pode ser vantajosamente um subproduto de uma outra etapa do processo, por exemplo, a partir da etapa de hidro-halogenação de silício elementar mencionada acima. Várias etapas de separação e purificação subsequentes podem permitir o isolamento de H2SiCl2 puro que pode ser diretamente consumido na próxima etapa (5) do processo. Etapa 5 - Hidrólise controlada de halossilanos
[0122] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, é fornecido um método para a hidrólise controlada de halossilanos pela água para produzir/regenerar os compostos carreadores de hidrogênio siloxano. No caso em que H2SiCl2 é usado como fonte de halossilano para a dita hidrólise controlada, HCl é formado como subproduto. O HCl formado pode ser vantajosamente reinjetado na etapa 4 do processo. No caso em que H2SiF2 é usado como fonte de halossilano para a dita hidrólise controlada, HF é formado como subproduto. O HF formado pode ser vantajosamente reinjetado na etapa 2(a) do processo. A dita hidrólise pode ser vantajosamente realizada na presença de um agente de terminação de cadeia, de preferência, um agente de terminação de cadeia livre de carbono, por exemplo, H3SiCl,…etc. As etapas de tratamento final podem ser vantajosamente realizadas, como lavagens com água, contendo ou não um base mineral, decapagem de gás, etapas de secagem etc…
[0123] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pelo carreador de hidrogênio siloxano geral do processo de produção da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 200 kWh/kg de siloxano produzido, por exemplo, entre 1 e 35 kWh/kg de siloxano produzido.
[0124] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pelo carreador de hidrogênio siloxano geral do processo de regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 2000 kWh/kg de H2 liberado, por exemplo, entre 1 e 400 kWh/kg de H2 liberado.
[0125] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 2(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de SiF4 produzido.
[0126] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de SiF4 na etapa 2(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 0 a 1000 °C.
[0127] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de SiF4 na etapa 2(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a 1,107 Pa.
[0128] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 2(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura da razão molar de fluoreto de hidrogênio (HF)/composto de silicato (B) é superior ou igual a 1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura do HF e composto de silicato (B) é caracterizada por uma razão molar de HF/(B) que é compreendida entre 4 e 100.
[0129] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 2(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0130] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 2(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de SiO produzido.
[0131] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de SiO na etapa 2(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1000 a 2000 °C.
[0132] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de SiO na etapa 2(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a 1,107 Pa. Com mais preferência, a pressão varia de 100 a
10.000 Pa.
[0133] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 2(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura da razão molar de composto de silicato (B)/Si é superior ou igual a 0,1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura do composto de silicato (B) e Si é caracterizada por uma razão molar de composto (B)/Si que é compreendida entre 0,5 e 1,5. De preferência, a razão molar de composto de silicato (B)/Si é
1.
[0134] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 2(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0135] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 2(c) do carreador de hidrogênio siloxano processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de Si produzido.
[0136] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de Si na etapa 2(c) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 30 a 6000 °C.
[0137] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de Si na etapa 2(c) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a 1,107 Pa. Com mais preferência, a pressão varia de 10 a
10.000 Pa.
[0138] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 2(c) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura da razão molar de gás de H2/composto de silicato (B) é superior ou igual a 0,1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura do gás de H2 e composto de silicato (B) é caracterizada por uma razão molar de gás de H2/composto (B) que é compreendida entre 2 e 100. De preferência, entre 2 e 20.
[0139] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 2(c) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0140] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 3(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de H2SiF2 produzido.
[0141] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de H2SiF2 na etapa 3(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1000 a 2000 °C.
[0142] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de H2SiF2 na etapa 3(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a 1,107 Pa.
[0143] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 3(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura da razão molar de gás hidrogênio (H2)/SiF4 é superior ou igual a 1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de H2 e SiF4 é caracterizada por uma razão molar de H2/SiF4 que é compreendida entre 1 e 100.
[0144] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 3(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0145] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 3(a’) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de Si produzido.
[0146] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de Si na etapa 3(a’) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 30 a 6000 °C.
[0147] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de Si na etapa 3(a’) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a 1,107 Pa.
[0148] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 3(a’) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura da razão molar de gás hidrogênio (H2)/SiF4 é superior ou igual a 2. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de H2 e SiF4 é caracterizada por uma razão molar de H2/SiF4 que é compreendida entre 2 e 100.
[0149] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 3(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0150] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 3(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de Si produzido.
[0151] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de Si na etapa 3(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 100 a 1000 °C.
[0152] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de Si na etapa 3(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a
1,107 Pa.
[0153] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 3(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura de razão molar de sódio(Na)/SiF4 é superior ou igual a 1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de Na e SiF4 é caracterizada por uma razão molar de Na/SiF4 que é compreendida entre 4 e 100.
[0154] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 3(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0155] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 3(c) do carreador de hidrogênio siloxano processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de Si produzido.
[0156] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de Si na etapa 3(c) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 500 a 2000 °C.
[0157] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de Si na etapa 3(c) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a 1,107 Pa.
[0158] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 3(c) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura de razão molar de gás hidrogênio (H2)/SiO é superior ou igual a 1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de H2 e SiO é caracterizada por uma razão molar de H2/SiO que é compreendida entre 5 e 10. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de H2 e SiO é caracterizada por uma razão molar de H2/SiO que é 6.
[0159] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 3(c) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0160] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 4 do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de [H2SiCl2] produzido.
[0161] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 4 do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 20.
[0162] A hidrólise controlada de halossilanos da etapa 5 de acordo com a presente invenção pode ser vantajosamente ilustrada pela Etapa 5(a) ou Etapa 5(b) como representado na figura 2.
[0163] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 5(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de [H2SiO] produzido.
[0164] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de [H2SiO] na etapa 5(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de -50 a 100 °C.
[0165] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de [H2SiO] na etapa 5(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a 1,107 Pa.
[0166] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 5(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura de razão molar de água (H2O)/H2SiCl2 é superior ou igual a 0,1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de H2O e H2SiCl2 é caracterizada por uma razão molar de H2O/H2SiCl2 que é compreendida entre 0,1 e 10000.
[0167] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo,
reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 5(a) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0168] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o consumo de energia necessário pela etapa 5(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 50 kWh/kg de [H2SiO] produzido.
[0169] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a temperatura do método para a produção de [H2SiO] na etapa 5(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de -50 a 100 °C.
[0170] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a pressão do método para a produção de [H2SiO] na etapa 5(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode variar em uma ampla faixa, e pode variar notavelmente a partir de 1 a 1,107 Pa.
[0171] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a etapa 5(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) é caracterizada pelo fato de que a mistura de razão molar de água (H2O)/H2SiF2 é superior ou igual a 0,1. Em uma modalidade da presente invenção, a dita mistura de H2O e H2SiF2 é caracterizada por uma razão molar de H2O/H2SiF2 que é compreendida entre 0,1 e 10000.
[0172] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o número de operações unitárias (por exemplo, reação, separação, purificação, etc…) necessárias pela etapa 5(b) do carreador de hidrogênio siloxano do processo de produção/regeneração da fórmula (I) pode ser compreendido entre 1 e 10.
[0173] Os seguintes termos e expressões contidos no presente documento são definidos da seguinte forma: - carreadores de hidrogênio são materiais de estado sólido ou estado líquido que contêm átomos de hidrogênio, prontamente liberáveis como di- hidrogênio molecular (H2) quando necessário.
[0174] Deve ser óbvio para aqueles versados na técnica que a presente invenção permite modalidades sob numerosas outras formas específicas sem se afastar do campo de aplicação da invenção como reivindicado. Consequentemente, as presentes modalidades devem ser consideradas como ilustrações, mas podem ser modificadas no campo definido pelo escopo das reivindicações anexas, e a invenção não deve ser limitada aos detalhes determinados acima. Exemplos
[0175] PHS líquido (poli(di-hidrossiloxano)) foi preparado pela hidrólise controlada de diclorossilano (H2SiCl2) e obtido como um líquido incolor. PHS sólido foi preparado pela hidrólise controlada de diclorossilano (H2SiCl2) na presença de cloreto de trimetilsilila (Me3Si- Cl) como agente de terminação de cadeia e obtido como cristais incolores. PHMS (poli(hidrometilsiloxano)) foi obtido como um líquido incolor a partir de fontes comerciais.
[0176] A Figura 6 representa experimentos de liberação de hidrogênio, com registro do volume liberado de gás hidrogênio ao longo do tempo, a partir de três carreadores de hidrogênio siloxano diferentes. A seguinte tabela resume os resultados. Exemplo Carreador de Tempo de Volume de H2 hidrogênio liberação (s) liberado (ml) 1 PHMS 20 400 2 PHS sólido 95 750 linear 3 PHS líquido 50 1040 cíclico
[0177] Todas as três reações exibem um rendimento quantitativo. Como uma consequência da estrutura química de cada composto, o poli(di-hidrossiloxano) líquido que porta uma estrutura cíclica exibe, de longe, o volume mais alto de gás hidrogênio liberado. O poli(di-hidrossiloxano) sólido que apresenta uma estrutura linear demonstra desempenhos inferiores devido a suas terminações de cadeia de SiMe3 contendo carbono que diminuem sua eficiência gravimétrica de peso de hidrogênio. O PHMS mostra um desempenho mais de duas vezes inferior quando comparado ao PHS líquido, uma vez que porta apenas um hidreto por unidade de repetição de hidrometilsiloxano. Descrição da configuração experimental
[0178] Uma pré-forma de PET de 60 ml foi conectada (por parafuso) a um acoplador de bloqueio de esfera estanque à pressão com um bocal de saída para evacuação de gás hidrogênio e uma rosca fêmea à qual uma agulha inoxidável, equipada com uma torneira inoxidável, foi presa para injeção de reagentes. O bocal de saída de gás hidrogênio foi conectado a um fluxímetro a fim de monitorar a cinética da liberação de hidrogênio. O gás hidrogênio foi coletado em um cilindro de medição graduado em 2 l invertido preenchido com água usada como um dispositivo de medição de volume adicional. O fluxo de gás hidrogênio liberado no cilindro de medição foi controlado por uma válvula de agulha. Exemplo 1
[0179] Em uma pré-forma de PET de 60 ml, foram carregados 1,0077 g (16,7555 mmol, 1,0 equiv.) de poli(hidrometilsiloxano) e 2 ml de NaOH (20 % em peso em água) (12,222 mmol, 0,73 equiv.) foram rapidamente adicionados com uma seringa de 5 ml através da agulha de injeção no meio de reação sob forte agitação. A torneira foi fechada e 400 ml (> 99 % de rendimento) de gás hidrogênio foram coletados no cilindro de medição por um período de 20 segundos. Exemplo 2
[0180] Em uma pré-forma de PET de 60 ml, foram carregados 1,0033 g (21,7555 mmol, 1,0 equiv.) de poli(di- hidrossiloxano) sólido linear e 5 ml de NaOH (20 % em peso em água) (30,555 mmol, 1,40 equiv.) foram rapidamente adicionados com uma seringa de 5 ml através da agulha de injeção no meio de reação sob forte agitação. A torneira foi fechada e 750 ml (> 99 % de rendimento) de gás hidrogênio foram coletados no cilindro de medição por um período de 95 segundos. Exemplo 3
[0181] Em uma pré-forma de PET de 60 ml, foram carregados 1,0055 g (21,8000 mmol, 1,0 equiv.) de poli(di- hidrossiloxano) líquido cíclico e 5 ml de NaOH (20 % em peso em água) (30,555 mmol, 1,40 equiv.) foram rapidamente adicionados com uma seringa de 5 ml através da agulha de injeção no meio de reação sob forte agitação.
A torneira foi fechada e 1040 ml (> 99 % de rendimento) de gás hidrogênio foram coletados no cilindro de medição por um período de 50 segundos.
Claims (20)
1. Compostos carreadores de hidrogênio siloxano líquidos caracterizados por exibir uma estrutura química cíclica e compreender uma ou mais unidades da fórmula (I): fórmula (I) em que n é um número inteiro que representa o número de unidades de repetição.
2. Composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser da fórmula H2nSinOn com n sendo um número inteiro superior ou igual a 2.
3. Composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que n é um número inteiro superior ou igual a 3 e inferior ou igual a 500.
4. Composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que n é um número inteiro superior ou igual a 4 e inferior ou igual a 32.
5. Composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por ser selecionado dentre Tri(bis(hidro)ciclossiloxano),
Tetra(bis(hidro)ciclossiloxano), Penta(bis(hidro)ciclossiloxano), Hexa(bis(hidro)ciclossiloxano), Hepta(bis(hidro)ciclossiloxano), Octa(bis(hidro)ciclossiloxano), Nona(bis(hidro)ciclossiloxano), Deca(bis(hidro)ciclossiloxano), Undeca(bis(hidro)ciclossiloxano), Duodeca(bis(hidro)ciclossiloxano), Trideca(bis(hidro)ciclossiloxano), Tetradeca(bis(hidro)ciclossiloxano), Pendeca(bis(hidro)ciclossiloxano), Hexadeca(bis(hidro)ciclossiloxano), Heptadeca(bis(hidro)ciclossiloxano), e/ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
6. Composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido tem uma viscosidade dinâmica entre 0,1 e 10000 mPa.s a uma temperatura de 20 °C e uma pressão de 1,01325 × 105 Pa.
7. Composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido, de acordo com a reivindicação 6, sendo o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido caracterizado por ter uma viscosidade dinâmica entre 0,2 e 50 mPa.s.
8. Composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, sendo o composto carreador de hidrogênio siloxano líquido caracterizado por ter um peso molecular de 130 a 8000 g/mol.
9. Composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, sendo os compostos carreadores de hidrogênio siloxano caracterizados por apresentarem um índice de refração entre 1 e 2 a uma temperatura a 20 °C e em um comprimento de onda de 589 nm, de preferência, entre 1,2 e 1,5.
10. Mistura caracterizada por ser de um composto carreador de hidrogênio siloxano cíclico líquido conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores juntamente com um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido que exibe uma estrutura química linear e que compreende uma ou mais unidades da fórmula (I): fórmula (I) em que n é um número inteiro que representa o número de unidades de repetição.
11. Método para a produção de hidrogênio caracterizado por ser pela oxidação hidrolítica de um composto carreador de hidrogênio siloxano conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores na presença de água.
12. Método para a produção de hidrogênio, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a razão molar unitária de água/[SiOH2] é superior ou igual a 0,1, de preferência, compreendida entre 2 e 10.
13. Método para a produção de hidrogênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado por ser na presença de pelo menos um iniciador de liberação de hidrogênio, em que o a razão molar unitária de iniciador de liberação de hidrogênio/[SiOH2] é superior a 0,01, de preferência, compreendida entre 0,05 e 3.
14. Processo para a produção de um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 caracterizado por consistir em vias de reação X, Y ou Z que compreendem as seguintes etapas consecutivas: fornecer o composto de sílica e/ou o composto de silicato e - para a via de reação X, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato a uma etapa de halogenação para produzir tetra-haleto de silício, ▪ submeter o tetra-haleto de silício a uma etapa de redução para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para produzir um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido; - para a via de reação Y, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato a uma etapa de redução para produzir silício, ▪ submeter silício a uma etapa de hidro- halogenação para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para produzir um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido;
- para a via de reação Z, ▪ submeter o composto de sílica e/ou composto de silicato a uma etapa de halogenação para produzir tetra-haleto de silício, ▪ submeter o tetra-haleto de silício a uma etapa de redução para produzir silício, ▪ submeter silício a uma etapa de hidro- halogenação para produzir halossilano, e ▪ submeter o halossilano a uma etapa de hidrólise para produzir um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido.
15. Processo para a regeneração de um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido caracterizado pelo fato de que um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 é submetido à oxidação hidrolítica para a produção de hidrogênio e composto de silicato e/ou sílica (B) seguido de vias de reação X, Y ou Z conforme definido na reivindicação 14, para produzir um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido.
16. Processo para a regeneração de um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o composto carreador de hidrogênio siloxano regenerado é quimicamente idêntico ao composto carreador de hidrogênio siloxano submetido à oxidação hidrolítica.
17. Processo para a produção ou regeneração de um composto carreador de hidrogênio siloxano líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que os reagentes de processo não contêm carbono.
18. Uso do composto carreador de hidrogênio siloxano líquido conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 caracterizado por ser para o armazenamento e transporte de hidrogênio e/ou energia.
19. Uso do composto carreador de hidrogênio siloxano líquido, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dito hidrogênio é proveniente de um processo de produção de energia renovável e/ou quando a dita energia se origina do processo de produção de energia renovável, produção de eletricidade fora de pico e/ou processo de recuperação de calor residual.
20. Uso livre de carbono do composto carreador de hidrogênio siloxano líquido conforme definido em qualquer uma das reivindicações 18 e 19 em um método livre de carbono conforme definido na reivindicação 11 caracterizado por ser para a liberação sob demanda de hidrogênio.
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