CN102190289A - 一种以发生氢气为目的的硅粉体组成物 - Google Patents

Abstract

一种以发生氢气为目的的硅粉体组成物，涉及新能源技术领域，其由含硅粉末和可形成水中溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质以及碱性物质构成，氢气发生使用的硅粉体组成物同水接触能平稳产生氢气，且发生的氢气会转换成能源。用木炭、木屑等还原剂将二氧化硅转换成硅元素，所得到的硅元素同氢氧化钠和氢氧化钙混合所得到的氢气发生使用的硅粉体组成物同水接触而产生氢气，所生成的氢气可转换成能源，且氢气发生时生成的含有钠和钙的氧化硅水合物用盐酸中和，水洗可分离氧化硅水合物和氯化钠、氯化钙水溶液，而且电解氯化钠和氯化钙水溶液可分离氢氧化钙和氯气与氢气，同时氯气和氢气反应生成盐酸，不排放来自化石燃料的二氧化碳的能源技术。

Description

一种以发生氢气为目的的硅粉体组成物

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体是一种与水接触后能平稳产生氢气的氢气发生用硅粉体组成物，也就是以发生氢气为目的的硅粉体组合物。

背景技术

近些年来，各个国家都在积极推进利用新能源的战略发展计划，加大了对新能源领域的财政、政策扶持力度，旨在减少温室气体排放，解决环境问题，同时应对能源危机，实现经济、生态统筹协调发展。而氢能源是目前最为洁净的能源之一，氢元素在自然界中大量存在，而且在燃烧后产生水，不会排放任何二氧化碳，因此各个国家都在大力研发氢能源项目。中国专利号201010114398.3，就公开了一种硼氢化锂-多孔碳水解发生氢气的方法，是一种应用于氢燃料电池的制氢储氢技术，通过机械球磨LIBH₄和多孔碳材料制备水解材料，控制水解材料反应的液态水的进水速率和水蒸气的饱和蒸汽压从而对反应的放氢量、放氢速度进行有效控制。

本发明人也是旨在公开制备一种新能源技术，也就是制备氢气，是通过利用硅元素和碱性物质实现的，自古以来就知道氢氧化钠存在下，硅与水反应可产生氢气。也就是说，在硅元素同氢氧化钠这类碱性物质混合好的粉末上滴水后，则可以产生氢气。但问题是，反应生成的硅酸水合物会堆积在硅元素粒子表面延缓反应进行，不能稳定地产生氢气。增加氢氧化钠等强碱性物质的量后初期反应则会太快，在混合了大量氢氧化钠的硅粉末上滴加水后会产生剧烈反应导致着火，不适宜以氢气产生为目的的应用。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种有关与水接触后能平稳产生氢气的用于氢气发生使用的硅粉体组成物，实现在含有能在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的物质和碱性物质与硅粉末一起混合得到的粉末上滴水后稳定地产生氢气，来完成本发明。也就是说，含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的物质存在下，在硅元素表面形成难溶于水的硅酸化合物，故能抑制水滴早期的剧烈反应。反应的同时生成的胶状硅酸水合物也会吸附含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的物质，来控制硅元素粒子表面的硅元素水合物的堆积，使得硅元素与水的反应能够进行到最后。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种以发生氢气为目的硅粉体组成物，其特征在于：其由含硅粉末和可形成水中溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质以及碱性物质构成，氢气发生使用的硅粉体组成物同水接触能平稳产生氢气，且发生的氢气会转换成能源。

所述硅粉末的平均粒径在0.05至100μm之间，硅元素含量为50％至99.9999％之间。

所述含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质可为碱土金属或稀土金属的氢氧化物、氧化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、醋酸盐、碳酸盐和铝酸盐，并可从中至少选择出一种以上的物质。

所述碱性物质为碱性金属氢氧化物、氢氧化铵、有机胺、氢氧化季铵，并可从中至少选择出一种以上的物质。

另所述含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的物质可为氢氧化钙或铝酸钠。

另所述碱性物质可为氢氧化钠。

所述含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质同硅粉末重量之比为100/100至1/100，碱性物质同硅粉末重量之比为100/100至1/100。

本发明硅粉体组成物的制备是由含硅粉末和可形成水中溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质以及碱性物质混合后，其吸附的水分已经预先同硅粉末反应，这样制造的本发明的粉末保存稳定性好，且加水反应进行的更均匀。

所述硅粉体组成物的构成包括采用来自太阳能的能源所产生的电能，通过木炭、木屑等还原剂转换二氧化硅成硅元素，所得到的硅元素同氢氧化钠和氢氧化钙混合生成氢气发生使用的硅粉体组成物，再与水接触发生氢气，所生成的氢气转换成能源，且氢气发生时生成的含钠和钙的氢氧化硅水合物经盐酸中和，水洗后同氢氧化硅水合物和氯化钠、氯化钙水溶液分离，以及氯化钠和氯化钙水溶液经电解，同时分离成氢氧化钠、氢氧化钙和氯气、氢气，再使得氯气同氢气反应生成盐酸，不排放来自化石燃料燃烧所产生的二氧化碳。

本发明所用硅元素的制造方法并没有特别的限制，但考虑到地球变暖的现象最好为将太阳能转换成电能的方法。

太阳能转换成电能的方法已有多种。例如，利用储存在水库中的从海水蒸发来的降雨水所形成的水的落差进行水力发电，利用太阳能电池的直接发电，将植物等作为燃料进行转换的热力发电等。这些电能都可用来将二氧化硅转换为硅元素，但考虑到全球规模的能源系统时水力发电最适宜。

本发明中将二氧化硅转换为硅元素最常见的方法是电弧炉还原法。此时需要电能和还原剂。所述还原剂一般采用煤焦煤、木材、木炭等。由于使用化石燃料会增加地球二氧化碳，所以可以说，用可再生的木材、木炭则对环境是好的。使用煤焦炭、石油焦炭时电弧炉会释放二氧化碳，其固定方法对防止二氧化碳排放也是有效的。水力发电在山地常见，可以说利用山地森林资源为还原剂是最合理的。

本发明具有的有益效果是：

1、氢发生使用的硅粉体组成物同水接触后会发生氢气。同水接触方法没有特别的限制，可以是有液体水的添加、滴加或同含水蒸气的气体接触等。所发生的氢气可供燃料电池等使用，也可供发电，燃料电池和二次电池组合使用更便于汽车、产业机械、日常生活的电气机器等利用。

2、由硅元素、氢氧化钠、氢氧化钙构成的氢气发生使用的硅粉体组成物的情况下，氢气发生的同时还生成含有钠、钙等氧化硅水合物的泥浆物。将其用盐酸等酸性物质中和，析出氧化硅可同氯化钠、氯化钙等无机盐水溶液分离，中和使用的酸性物质没有特别限制，但考虑到盐水的电解循环，则最好是盐酸。电解氯化钠、氯化钙等水溶液后则分解成氢氧化钠、氢氧化钙和氯气和氢气。氢氧化钠、氢氧化钙可用于本发明的氢气发生使用的硅粉体组成物的制造。而且，氢气在氯气中燃烧后变成盐酸，其可用于含有钠、钙等氧化硅水合物的泥浆物的中和上，形成对能源的储藏、运输和可循环系统。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

一种以发生氢气为目的的硅粉体组成物，其由含硅粉末和可形成水中溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质以及碱性物质构成，氢气发生使用的硅粉体组成物同水接触能平稳产生，且发生的氢气会转换成能源。

硅元素形态为粉末，硅元素也可以预先进行粉碎，也可以同含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质以及碱性物质一起混合粉碎。粉碎后的硅粉末的粒径最好在0.05至100μm范围内。硅粉末纯度最好大于50％，则有利于氢气的生成量，大于99.9999％的则因制造成本会增大，所以不是最好的选择。

碱性物质可选择碱性金属的氢氧化物、氢氧化铵、有机胺、氢氧化季胺。考虑到价格和循环利用方面。碱性物质的添加量最好是碱性物质同含硅粉末的重量之比为100/100至1/100的范围。

(实施例1)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙50份及氢氧化钠50份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例1的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成白色的泥浆。

(实施例2)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙100份及氢氧化钠50份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例2的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成白色的泥浆。

(实施例3)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙25份及氢氧化钠50份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例3的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成白色的泥浆。

(实施例4)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙50份及氢氧化钠5份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例4的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成灰色的泥浆。

(实施例5)

中国岳西县恒力硅业非标产品85％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙50份及氢氧化钠50份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例5的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成灰色的泥浆。

(实施例6)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素块经100份与氢氧化钙50份及氢氧化钠50份用球磨机粉碎成平均粒径20μ则可得到实施例6的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成很浅的灰色泥浆。

(实施例7)

中国岳西县恒力硅业生产98％硅元素经湿式粗粉碎可得平均粒径5μ的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙50份及氢氧化钠50份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例7的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成白色的泥浆。

(实施例8)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径60的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙50份及氢氧化钠50份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例7的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成白色的泥浆。

(实施例9)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与硫酸镁50份及氢氧化钠50份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例9的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成白色的泥浆。

(实施例10)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与铝酸钠50份及氢氧化钠50份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例10的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成白色的泥浆。

(实施例11)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙50份及氢氧化四甲基铵15份用搅拌机混合放置2小时。确认吸付水反应完反应发热发生結束后得到实施例11的氢气发生使用的粉体。将该粉加入到容器并进行滴水后发生氢气，最终变成白色的泥浆。

(实施例12)

实施例1中获得的粉末同水蒸气接触，在发生氢气的同时粉末慢慢成为结团体、顔色变慢慢白。

(比较例1)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钠50份用搅拌机混合得到比较例1的粉体。将该粉体加入到容器并滴下几滴清水时氢气剧烈发生，起火。

(比较例2)

中国岳西县恒力硅业生产的98％硅元素经干式粗粉碎可得平均粒径20μ的硅粉体。该硅粉体100份与氢氧化钙50份用搅拌机混合得到比较例2的粉体。将该粉体加入到容器并滴水，初期几乎未观察到氢气的发生。几小时后仅有微量的氢气气发生。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种以发生氢气为目的的硅粉体组成物，其特征在于：其由含硅粉末和可形成水中溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质以及碱性物质构成，氢气发生使用的硅粉体组成物同水接触能平稳产生氢气，且发生的氢气会转换成能源。

2.根据权利要求1所述硅粉体组成物，其特征在于：所述硅粉末的平均粒径在0.05至100μm之间，硅元素含量为50％至99.9999％之间。

3.根据权利要求1所述硅粉体组成物，其特征在于：所述含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质可为碱土金属或稀土金属的氢氧化物、氧化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、醋酸盐、碳酸盐和铝酸盐，并可从中至少选择出一种以上的物质。

4.根据权利要求1所述硅粉体组成物，其特征在于：所述碱性物质为碱性金属氢氧化物、氢氧化铵、有机胺、氢氧化季铵，并可从中至少选择出一种以上的物质。

5.根据权利要求1和3所述硅粉体组成物，其特征在于：所述含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的物质可为氢氧化钙。

6.根据权利要求1和4所述硅粉体组成物，其特征在于：所述碱性物质为氢氧化钠。

7.根据权利要求1和3所述硅粉体组成物，其特征在于：所述含有可在水中形成溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质同硅粉末重量之比为100/100至1/100，碱性物质同硅粉末重量之比为100/100至1/100。

8.根据权利要求1所述硅粉体组成物，其特征在于：制备该硅粉体组合物由所述含硅粉末和可形成水中溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质以及碱性物质混合后，其吸附的水分已经预先同硅粉末反应，这样制造的本发明的粉末保存稳定性好，且加水反应进行的更均匀。