CN113336189A - 一种液态储氢材料及其制备方法 - Google Patents

一种液态储氢材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液态储氢材料及其制备方法，属于储氢技术领域。该液态储氢材料包括咔唑类储氢组分和该咔唑类储氢组分对应的富氢物料，咔唑类储氢组分为咔唑、N‑甲基咔唑、N‑乙基咔唑、N‑正丙基咔唑、N‑异丙基咔唑或N‑正丁基咔唑中的一种，咔唑类储氢组分对应的富氢物料为咔唑类储氢组分的部分或者完全加氢产物中的一种或几种的混合物。本发明提供的一种液态储氢材料，其具有较低的熔点，由于加入的富氢物料与咔唑类储氢组分的特殊关系，无需考虑加入的富氢物料对催化剂选择的影响，可直接使用催化咔唑类储氢组分的催化剂催化液态储氢材料，且不影响催化剂的选择，有利于扩大生产。

Description

一种液态储氢材料及其制备方法
技术领域
本发明属于储氢技术领域，具体涉及一种液态储氢材料及其制备方法。
背景技术
氢能源由于具有资源丰富、无污染、可再生、能量密度高等优点，被认为是未来理想的能源。氢能的存储是氢能大规模应用的关键。常用的储氢方式包括加压气态储氢、低温液化储氢、碳质材料储氢、金属合金储氢、有机液态储氢等。其中，有机液态储氢具有储氢容量高，运输方便安全，可以实现大规模、长距离、长期性的氢能存储和运输，可以多次循环利用等优点，是一项很有前景的储氢技术。
现有技术中，具备较好应用前景的液态储氢材料是基于咔唑及其衍生物的体系，咔唑类有机物具有较高的储氢密度，其完全加氢产物脱氢反应得到的氢气纯度高，无CO、NH3等气体生成，是较为理想的有机液体储氢介质，然而虽然咔唑类有机物的完全加氢产物的熔点很低，可以通过管道实现长距离运输，但未加氢的咔唑类有机物熔点较高，室温下呈现固态，这使得在加氢过程中，大量管道需额外加热，在实际生产中，这将造成巨大的能源消耗；另外，为保证气液分离器的正常运行，进入气液分离器的产物需常温下为液态，这要求第一次进入气液分离器的产物为保持常温液态必须有较高的储氢量，而无法通过多次产物再循环的方式提高储氢量，受限于催化剂的处理能力，这意味着实际生产中，以纯咔唑类有机物作为储氢材料进行加氢反应的反应规模将很难扩大。
以上问题的最直接解决方法就是降低咔唑类储氢材料的熔点，通常情况下的解决方式是添加一些添加剂(以低熔点的芳烃类化合物为主)，然而由于芳烃类化合物添加剂与咔唑类组分加脱氢反应温度不同，将大大影响储氢材料催化剂的选择，且易生成杂质气体，影响脱氢反应生成的氢气纯度；且部分添加剂由于发生不完全脱氢反应，还需在脱氢反应后段加装分离装置以分离咔唑类组分和添加剂。
因此，有必要提供一种低熔点的、不影响催化剂选择的、无需后续分离的添加剂，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种液态储氢材料，其具有较低的熔点，其中含有的富氢物料无需后续分离，且不影响催化剂的选择。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种液态储氢材料，其包括咔唑类储氢组分和所述的咔唑类储氢组分对应的富氢物料，所述的咔唑类储氢组分为咔唑、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑、N-异丙基咔唑或N-正丁基咔唑中的一种，所述的咔唑类储氢组分对应的富氢物料为所述的咔唑类储氢组分的部分或者完全加氢产物中的一种或几种的混合物。
作为本发明的一个优选方案，按照质量百分比计，所述的咔唑类储氢组分的质量百分含量为10～95％，余量为所述的咔唑类储氢组分对应的富氢物料。
作为本发明的另一个优选方案，所述的咔唑类储氢组分为咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-甲基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-甲基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-乙基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-乙基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-正丙基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-正丙基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-异丙基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-异丙基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-正丁基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-正丁基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12。
本发明的另一目的在于提供所述的一种液态储氢材料的制备方法，依次包括以下步骤：
a、将质量分数为10～95％的咔唑类储氢组分放入反应器中加热至70～150℃，将其完全熔融；
b、将质量分数为5～90％的富氢物料预热至与咔唑类储氢组分相同的温度，并置于另一个反应器中，并放入磁子，缓慢搅拌；
c、将步骤a所得储氢组分缓慢加入到步骤b中预热好的富氢物料中，直至加注完成，继续搅拌3～5h；
d、停止步骤b中反应器的加热，待步骤c中所得混合材料冷却至室温，将混合材料倒入磨口瓶中，即得液态储氢材料。
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
本发明提出的液态储氢材料，为咔唑类储氢组分与其部分或完全加氢产物的混合物。将高熔点的咔唑类储氢组分与有良好溶解能力和导热能力的富氢物料混合后，所形成的混合物具有较低的熔点，能够在常温下保持较好的流动性；同时加入的富氢物料是反应的产物或中间产物，因此不会影响催化剂的选择，无需后续分离且不影响加装循环反应工段，有利于扩大生产。
本发明由于添加的富氢物料是某特定咔唑类储氢组分的不完全或完全加氢产物中的至少一种，所以无论何种比例混合得到的液态储氢材料在完全储氢后得到的产物完全一致，均为咔唑类储氢组分的完全加氢产物，因此产物无需后续分离，且整个反应过程中的中间产物或最终产物可与反应物无限返混，以适应实际生产中的不同工况要求，这使得实际生产中通过简单的管道改造即可省略液态储氢材料制备工序和分离工序。另外，由于加入的富氢物料与咔唑类储氢组分的特殊关系，无需考虑加入的富氢物料对催化剂选择的影响，可直接使用催化咔唑类储氢组分的催化剂催化液态储氢材料。
具体实施方式
本发明提出了一种液态储氢材料及其制备方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
本发明所需原料均可通过商业渠道购买获得。
一种液态储氢材料，其包括咔唑类储氢组分和所述的咔唑类储氢组分对应的富氢物料，所述的咔唑类储氢组分为咔唑、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑、N-异丙基咔唑或N-正丁基咔唑中的一种，所述的咔唑类储氢组分对应的富氢物料为所述的咔唑类储氢组分的部分或者完全加氢产物中的一种或几种的混合物。
可选择的，一种液态储氢材料的组成方式具体见表1。
表1一种液态储氢材料的组成成分
咔唑类储氢组分 可选择的添加剂组分(至少一种)
咔唑 n氢-咔唑(n＝2,4,6,8,10,12)
N-甲基咔唑 n氢-N-甲基咔唑(n＝2,4,6,8,10,12)
N-乙基咔唑 n氢-N-乙基咔唑(n＝2,4,6,8,10,12)
N-正丙基咔唑 n氢-N-正丙基咔唑(n＝2,4,6,8,10,12)
N-异丙基咔唑 n氢-N-异丙基咔唑(n＝2,4,6,8,10,12)
N-正丁基咔唑 n氢-N-正丁基咔唑(n＝2,4,6,8,10,12)
下面结合具体实施例对上述部分咔唑类储氢组分与其部分或者完全加氢产物形成的液态储氢材料的制备方法做详细说明。
实施例1：
液态储氢材料的制备方法，具体包括以下步骤：
第一步、将70g N-乙基咔唑放入烧瓶中加热至150℃，将其完全熔融；
第二步、将30g十二氢-N-乙基咔唑放入三颈烧瓶中加热至150℃，向其中放入磁子，开始搅拌，转速为200r/min；
第三步、将第一步所得熔融态的N-乙基咔唑缓慢加入至加热后的十二氢-N-乙基咔唑中，直至加注完成，继续搅拌5h；
第四步、停止加热，待第三步所得混合材料冷却至室温，将混合材料倒入磨口瓶中，即得到液态储氢材料。
本实施例制备得到的液态储氢材料常温下为液体，无色透明，有浅黄色絮状物。
实施例2：
液态储氢材料的制备方法，具体包括以下步骤：
第一步、将40g N-乙基咔唑放入烧瓶中加热至150℃，将其完全熔融；
第二步、将60g十二氢-N-乙基咔唑与八氢-N-乙基咔唑混合物(质量比为1：1)放入三颈烧瓶中加热至150℃，向其中放入磁子，开始搅拌，转速为200r/min；
第三步、将第一步所得熔融态的N-乙基咔唑缓慢加入至加热后的十二氢-N-乙基咔唑与八氢-N-乙基咔唑混合物中，直至加注完成，继续搅拌5h；
第四步、停止加热，待第三步所得混合材料冷却至室温，将混合材料倒入磨口瓶中，即得到液态储氢材料。
本实施例制备得到的液态储氢材料常温下为液体，无色透明，有浅黄色絮状物。
实施例3：
液态储氢材料的制备方法，具体包括以下步骤：
第一步、将85g N-丙基咔唑放入烧瓶中加热至120℃，将其完全熔融；
第二步、将15g十二氢-N-丙基咔唑放入三颈烧瓶中加热至120℃，向其中放入磁子，开始搅拌，转速为200r/min；
第三步、将第一步所得熔融态的N-丙基咔唑缓慢加入至加热后的十二氢-N-丙基咔唑中，直至加注完成，继续搅拌4h；
第四步、停止加热，待第三步所得混合材料冷却至室温，将混合材料倒入磨口瓶中，即得到液态储氢材料。
本实施例制备得到的液态储氢材料常温下为液体。
本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是：在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种液态储氢材料，其特征在于：其包括咔唑类储氢组分和所述的咔唑类储氢组分对应的富氢物料，所述的咔唑类储氢组分为咔唑、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑、N-异丙基咔唑或N-正丁基咔唑中的一种，所述的咔唑类储氢组分对应的富氢物料为所述的咔唑类储氢组分的部分或者完全加氢产物中的一种或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种液态储氢材料，其特征在于：按照质量百分比计，所述的咔唑类储氢组分的质量百分含量为10～95％，余量为所述的咔唑类储氢组分对应的富氢物料。
3.根据权利要求1或2所述的一种液态储氢材料，其特征在于：
所述的咔唑类储氢组分为咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-甲基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-甲基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-乙基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-乙基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-正丙基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-正丙基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-异丙基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-异丙基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12；
所述的咔唑类储氢组分为N-正丁基咔唑时，其对应的富氢物料为n氢-N-正丁基咔唑，其中：n＝2,4,6,8,10或12。
4.根据权利要求1所述的一种液态储氢材料的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
a、将质量分数为10～95％的咔唑类储氢组分放入反应器中加热至70～150℃，将其完全熔融；
b、将质量分数为5～90％的富氢物料预热至与咔唑类储氢组分相同的温度，并置于另一个反应器中，并放入磁子，缓慢搅拌；
c、将步骤a所得储氢组分缓慢加入到步骤b中预热好的富氢物料中，直至加注完成，继续搅拌3～5h；
d、停止步骤b中反应器的加热，待步骤c中所得混合材料冷却至室温，将混合材料倒入磨口瓶中，即得液态储氢材料。
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