CN1748281A - 氢捕集化合物、其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢捕集化合物，用于制备该化合物的方法以及该化合物的用途。本发明可以应用于放出氢气以及尤其是为了安全的原因氢气必须被捕集的所有场合中。本发明的氢捕集化合物的特征在于它包含至少一种化学式为MX(OH)的金属盐，其中M代表二价的过渡元素，例如Co或Ni；O代表氧原子；X代表元素周期表中第16族中除O之外的原子，例如硫原子；并且H代表氢原子。本发明的氢捕集化合对于捕集氢、材料内部的氢和游离氢是有效的。

Description

氢捕集化合物、其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种氢捕集化合物、一种制备该化合物的方法以及该化合物的用途。术语“氢”应该被理解为意味着化学式为G1G2的气态二氢，其中G1和G2是1 1H、2 1H(氘)或3 1H(氚)。
本发明的氢捕集化合物的主要性能在于其在环境温度，在大气压力甚至在低的分压下自发地并且定量地捕集气态氢。
本发明涉及在产生、释放或排出气态氢或氚的各种情况，例如工业或实验室中的应用，其目的是例如尤其是出于对污染或污物的考虑限制其排放量，或者出于对安全的考虑控制密闭环境中其含量。
一个重要的应用涉及将本发明的化合物掺入到例如用于废物封装的材料，例如沥青，在其内部尤其是通过辐射分解可以形成氢。对就地产生的氢的自发捕集使材料维持其整体性，也就是说其既不变形也不开裂，考虑到气体产生这相当大地提高了其耐机械能力，因此提高了其耐久性。
背景技术
氢气是一种在空气存在下可能点燃或燃烧的潜在危险气体。特别是在工厂里，在连续源的情况下，可以通过通风、可控燃烧，或者通过在含氧环境中对其催化捕集或者通过在缺氧环境中对其化学捕集来防止氢气危险。
在缺氧的封闭环境情况下，被认为最广泛的用作捕集氢的化合物是有机化合物，例如在文献WO-A-01/68516中描述的那些，金属氢化物，例如在文献US-A-5888665中描述的那些，或金属氧化物。然而，根据设想的应用，这些化合物具有大量与捕集的潜在可逆性、它们的长期不稳定性(化学分解，辐射分解等问题)以及操作条件(温度，催化剂等)相关联的缺点。
而且，近年来已经加强了对氢气与固体物质反应活性的研究，尤其是在燃料电池的开发领域中，关于化合物允许氢气的可逆密封方式。在该上下文中，目前最有前景的物质是氢化物型固体化合物，例如氢化钯，钛离子氮化物，镁-镍氢化物，锆-镁氢化物，镧-镍氢化物等等，其被表示为每单位金属质量捕集H2质量的吸附度通常具有1-2％的值，或者例如在文献WO-A-97/26082中描述的那些纳米尺寸的碳管结构(被称作纳米管)，其可以具有很高吸附度。
安全性和密实度是这些密封方法的显著优点。主要缺点在于它们的成本，它们的效率，它们的可行性和它们的可利用性。
应该指出各种已知的捕集化合物的优点和缺点与它们的应用是紧密相连的。因此，例如，为燃料电池开发的材料的主要目的是H2捕集/存储的可逆性，但是该特性对于一些应用是完全不能接受的，例如捕集在沥青封装中通过辐射分解放射性废弃物而产生的H2。
在核工业中，低能级和中能级放射性废弃物被封装在固体基质，例如沥青中。在所用的封装材料中，就废弃物的密封和封装而言，沥青具有很多优点。沥青主要由芳香化合物组成，其被归于对放射最不敏感的有机基质之列。因此，其辐射分解的氢气产量的水平特别低，在约0.4分子/100eV。然而，由于其非常低的转移性能—实质上对于种的侵入以及在储存或包裹情况下放射性核素的释放是主要优点—沥青基质很难排放由辐射分解就地产生的氢气，如果结合到材料的放射性超过与通过扩散排放的最大容量相应的临界值，可能导致材料的整体性丧失(膨胀，裂缝)。
通过内部辐射分解，与沥青基质膨胀相关的缺点显著地限制了每个废弃物包裹中能够结合的允许水平，从而导致生成的包裹数增加，这在经济上是不利的。
在被沥青封装的放射性废弃物包裹中掺入捕集氢的化合物，一方面可能显著地降低它们在储存情况下的膨胀度，另一方面，可能实质上增加了掺入到每个废弃物包的当量水平，同时气体产量依然保证该材料优良的机械整体性。然而，有机型的化合物，不管氢化物还是纳米管，在该申请的上下文中是不适合的，这是由于这些材料的上述缺点，这些材料在放射性废弃物包裹中必定增加了捕集的潜在可逆性和不相容性，尤其是化学不相容性的危险。对于在被沥青封装的包中捕集辐射分解的H2的应用，捕集的潜在可逆性是一些已知的H2-捕集化合物的主要缺点。
发明内容
本发明的目的具体是提供一种满足下列要求的化合物：
-在标准温度和压力条件下，能够不可逆地并且定量地捕集自由气体状态的氢气和在物质内例如通过辐射分解而产生的氢气；
-制备简单并且容易控制；
-具有低的成本；
-随着时间的过去稳定；
-耐辐射分解；并且
-具有很宽的使用范围。
本发明的化合物是无机化合物，其通式为：
MX(OH)
其中：
-M代表二价的过渡元素；
-O代表氧原子；
-X代表元素周期表中第16族中除O之外的原子；并且
-H代表氢原子。
M可以选自于例如由Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu和Zn组成的组中中。优选地，M是Co或Ni。
X可以选自于由S，Se，Te和Po组成的组中。优选地，X是S。
本发明的化合物从环境温度温以上根据氧化还原机理的气固相互作用自发地并且有效地捕集氢气，氧化还原机理依照下面的方程式将本发明的化合物转化成MX并且将氢气转变成H2O：
·MX(OH)的还原：
·H2的氧化：
·或总方程式：
例如，如果M是Co并且X是S，根据下面的化学方程式，CoSOH被转化为CoS并且H2被转变成H2O：
·CoS(OH)的还原：
·H2的氧化：
·或总方程式：
此外，本发明的化合物还可以通过相似的机理与其它还原性气体，例如被转化为二氧化碳(CO2或H2CO3)的一氧化碳CO，或被转化为二氧化氮(NO2或H2NO3)的一氧化氮NO相互作用。
本发明的化合物MSOH是金属M的碱金属硫化物，它的化学成分与在酸介质中合成的工业MS化合物的成分是完全不同的，如附图1中所示，其对于气态氢具有低的反应活性。
本发明的化合物，例如那些用M为Co或Ni制备的，具有每摩尔化合物0.5摩尔H2的捕集容量，也就是说，190升H2(STP)/kg的M(STP＝标准温度和压力，即分别为273K和105Pa)，也就是说，捕集容量，被表示为每M质量所捕集的H2的质量，为1.7％。到达平衡的压力少于103Pa(0.01巴)。例如，对于比表面积为25-75m2/g的化合物，在压力为105Pa(1巴)，温度在23.5℃-50℃内时捕集速率在0.05ml(STP)H2·g-1Co·h-1至1.1ml(STP)H2·g-1Co·h-1的范围内变化(即每克Co每小时内的标准温度和压力下的H2的ml)。
本发明的化合物在环境温度下，在环境压力和在103Pa-105Pa的很宽的H2分压下自发地并且定量地捕集气态氢。此外，这些化合物对于在105Pa以上或103Pa以下的H2分压也是有效的。
因此，本发明化合物的捕集效率使其处于最有效的氢气捕集化合物的行列之中。与大多数其它现有的化合物不同，本发明的H2-捕集化合物从环境温度以上起到有效的作用，而现有的化合物在标准温度条件下不是很有效而且仅在高温下起到有效作用。其也在至少达到我们已经测试的50℃的温度起作用。
本发明化合物的效率是在H2的分压为105Pa(1巴)-103Pa(0.01巴)范围内测量的。然而，由于H2分压越高，捕集反应越是热力学有利的，因此很可能该捕集化合物对高于105Pa(1巴)的H2分压也是非常有效的。
对H2捕集反应的热力学平衡常数没有进行测量，但是实践显示其相应于少于103Pa的平衡分压，这表明该产物应该在平衡分压(＜103Pa)和103Pa之间的分压范围内更加有效。
为了防止处于粉末状态的本发明的化合物氧化，优选必须对其远离空气储存。
通常，为了获得与气态氢反应的无机化合物的混合物，本发明的化合物是由二价金属元素的混合物制备的。
制备本发明化合物的方法是基于至少一种溶解的X盐(即X2-)和至少一种溶解的M金属盐(即M2+)在水溶液中相互作用，以形成构成本发明化合物的至少一种金属盐的沉淀物。
在水溶液中两种反应物的浓度可以在直到它们的溶解度极限的很宽范围内变化，例如从10-1M到1.5M。
根据本发明的第一个实施方案，本发明的化合物可以通过混合两种水溶液来合成，其中第一种水溶液包含该至少一种X2-种类的溶解盐，第二种水溶液包含该至少一种溶解金属盐。
根据本发明的第二个实施方案，可以通过在单一水溶液中同时或甚至分步溶解该两种反应物，即，至少一种X2-种类的盐和至少一种金属盐来合成该化合物。
不管选择了根据本发明的哪一个实施方案，X2-种类的盐可以有利地选自于Na2X，(NH4)2X，Li2X，K2X或它们的混合物。
不管选择了根据本发明的哪一个实施方案，M金属盐可以有利地选自于：MSO4·xH2O；M(NO3)2；M(ClO4)2·xH2O或MCl2，M为如上面所定义的。
本发明的氢捕集化合物在水溶液中在很宽的PH范围内是稳定的。然而，如果将最终悬浮液的PH调整到太低或者太高的值，本发明的化合物易分解，这将相当大地减少与氢气反应的产物的量。从而，优选确保最终悬浮液的PH位于4-12的范围内，更优选位于7.5-10.5的范围内。
对于位于7/8和1之间的理论[X2-]/[M2+]摩尔比，本发明化合物的沉淀物产量是最佳的。如果[X2-]/[M2+]摩尔比少于该最佳比，合成形成了如本发明相同组成的化合物，但是沉淀物产量少。因此，根据反应物(碱性金属硫化物和金属盐)的量，通过将[X2-]/[M2+]摩尔比固定在7/8-1.5之间，可以有利地达到最佳的沉淀物产量。
在以悬浮液中沉淀物的形式合成之后，本发明的化合物可以通过例如倾析、过滤或离心法从它们的水相中分离出来。任选地，可以用水对它们进行洗涤然后在空气中或惰性气氛中例如在70℃-140℃下干燥。如果干燥温度较低(～70℃)，产物在空气中氧化的危险降低，但这需要很长的干燥时间。因此，所采用的干燥温度优选是干燥速度和产物氧化危险最小化之间的折衷。对于在70℃通过离心分离提取的湿化合物，干燥时间是36个小时，生产出10g干燥化合物。
可以将获得的干燥化合物碾磨并且任选筛选以获得均匀的粒径。尤其当本发明的化合物被掺入到材料中，特别是为了所述材料中基质的完整性和所述材料内均匀的氢捕集，该处理可能是有用的。
至于H2捕集，从理论的观点，产物分得越细其表面积越高，因此该产物越有效(捕集产量接近热力学产量)。实验上地，化合物的粒径并不构成化合物对H2的反应活性的决定性参数。换句话来说，不管其粒径多大该产物都是有效的。
比较起来，就它们掺入到固体材料，该盐的粒径是非常重要的，以至于保护基质的完整性(裂缝的危险)并且保证该封装物优良的均匀性。在沥青基质的情况下，所掺入的盐的典型粒径在0.2-300μm中变化，其最大限在20-50μm的范围内。
本发明的化合物可以以优选具有均匀粒径，例如上面所提及的粒径之一的干或湿粉状形式，或者以悬浮液中沉淀物的形式，优选在非氧化溶液中被结合或封闭到有机材料中。
该掺入适合本发明的大量应用，其中H2捕集实际上是在材料，例如有机材料内进行的，H2在该材料内产生和/或通过内部或外部扩散迁移到该材料内部。然后该材料形成了掺入了H2捕集化合物的基质。例如，其可以是表现出优良机械完整性和从而能够容易处理的废弃物封装材料，例如用于核废弃物的沥青材料，或用来稳定处于密实形式的最初粉末状捕集材料。
能够掺入本发明H2捕集化合物的有机材料可以是，例如用于封装放射性废弃物的沥青。
可以用于本发明的沥青可以是本领域技术人员已知的沥青。
优选将本发明的化合物按合适的比例掺入到对所述化合物是化学惰性的有机材料中，不致于一旦其固化后降低所述材料的机械性能。
根据本发明，在沥青基材料的例子中，可以掺入的氢捕集化合物的总量可以有利地为1.5％-82％，其被表示为化合物的质量/沥青的质量。
不管被讨论的基质是什么，能够掺入的包含H2捕集化合物的盐的最大量，是掺入量以及最终封装物的操作性能和完整性折衷的结果。按照这些标准，在沥青基质的情况下，不管所掺入的盐是什么，最大的盐含量不能超过45wt％(表示为盐的质量)/封装物，即82wt％/沥青。这意味着如果该捕集化合物是以相对于沥青的质量x％的量引入的，那么废弃物至多以相对于沥青的质量(82-x)％的量被引入。
此外，我们的试验显示，对于含有45％盐填料的沥青封装物，Co含量在0.45wt％/封装物以下的CoSOH化合物，即，CoSOH含量为1.5wt％/沥青，对在平均剂量率为400Gy/h下由辐射分解产生的H2的捕集是可以忽略的。
从而，能够掺入到沥青基质的捕集化合物的量可以有利地在1.5wt％/沥青-82wt％/沥青之间变化。我们自己的实验是在捕集化合物的含量(被表示为捕集化合物的质量/沥青的质量)在1.5％-20％之间变化进行的。
向有机材料中的掺入可以通过本领域技术人员已知的用来向材料中掺入粉末或悬浮液的任何方法进行，尤其是通过混合，例如机械混合本发明的化合物和材料，任选地预先将该材料制成液体形式，例如通过对其溶解或加热，接下来任选地在蒸发该溶剂和/或冷却之后固化该封装材料。
当本发明的化合物是悬浮液中的制剂形式时，可以在将本发明的化合物掺入到有机材料中之前，通过倾析部分地除去该液体相。也可以在将该化合物掺入到有机材料的过程中，通过加热将该液体相蒸发。
本发明还涉及一种有机封装材料，所述的材料包括一种有机封装材料和根据本发明的氢捕集化合物。
可以被这样的封装材料封装的废弃物可以是放射性固体废弃物，例如通过对放射性排出流化学共沉淀处理获得的，或者非放射性的工业固体废弃物，例如不能再循环的废催化剂，或活性炭废弃物，例如Christelle Sing-Tenière在Lyons National Institute of Applied Sciences(1988年2月24日)上名称为“Etude des proc éd és destabilisation/solidification des déchets solides poreux àbase de liantshydrauliques ou de liants bitumineux”[Study ofstabilization/solidification processes for porous solid waste based onhydraulic binders or bituminous binders]的文献中所描述的。
该有机封装材料可以是沥青，例如本领域技术人员已知的用于封装放射性废弃物的那些。根据本发明的应用，其也可以是任何其它适合封装放射性废弃物的有机材料，或任何适合其它封装非放射性废弃物的有机材料。
在应用的一个例子中，本发明的化合物可以被用来例如在封装放射性废弃物的有机基质内捕集辐射分解的氢。
因此，本发明还涉及一种封装固体废弃物的方法，所述的方法包括下面的步骤：
a)使用通过加热而预先液化的有机封装材料来封装待封装的固体废弃物和根据本发明的氢捕集化合物；以及
b)冷却并且固化在步骤a)中所获得的封装物。
可以使用的封装基质以及可以使用该方法封装的固体废弃物将是上面所描述的。
当固体废弃物是放射性的时侯，其可以通过本领域技术人员已知的用来从排出流中提取固体放射性废弃物的任何方法获得。
例如，当该排出流是液体的时候，可能有利地对该排出流进行化学共沉淀处理。因此，根据对本发明方法的有利的变型，该化学共沉淀处理可能具有双重目的：通过化学共沉淀处理清除放射性排出流的放射性污染形成固体放射性废弃物，并且根据本申请中所描述的合成方法就地合成H2捕集化合物。在该变型中，根据本发明方法的步骤a)将获得的由放射性固体废弃物和H2捕集化合物组成的固体共沉淀相直接掺入到有机封装材料中。
根据本发明，在封装到含沥青的基质中的例子中，封装物中最大的盐含量(即，废弃物+捕集化合物的总和)不能超过45％/封装物(表示为盐的质量/封装物的质量)，也就是说，82％/沥青(表示为盐的质量/沥青的质量)。
通常，优选在它们封装之前，混合待封装的固体废弃物和根据本发明的氢捕集化合物，以在封装物内部获得本发明化合物和废弃物的均匀分布，从而改进氢捕集效率。
由于其可以被应用于所有情况，例如产生、放出或排出气态氢(或氚)的工业或实验室中，本发明有非常多的应用，其目的是例如，特别对污染或污物的原因，限制其排放到环境中的量，或者特别是为了安全的原因，控制其在封闭环境中的含量。
使用本发明的化合物捕集氢或氚的用途，可以通过各种方法完成，这将根据使用条件和使用捕集的环境对这些方法进行选择。例如，可以提及下面的方法：
—通过使氢气直接接触与空气隔离的粉末状化合物；
—通过使由起泡引入的或者就地产生的氢气进入与由本发明的化合物在非氧化溶液中形成的悬浮液直接接触；
—通过将该粉末状化合物保持在两个多孔盘中间，使将被捕集的氢气或者含有氢气的气体能够穿过这些多孔盘中扩散；
—通过将本发明的化合物掺入到与产物呈化学惰性的材料中。其可以是有机或无机固体材料或者是处于粘性状态的材料，氢气穿过它扩散或在它的内部产生氢气，例如通过辐射分解；
—通过氢捕集化合物的表面沉积，在产生氢气的化学体系的全部或部分外部表面上形成合适厚度的层并且隔离空气；
—通过在产生氢气的化学体系中掺入一个或多个本发明的化合物的连续层作为夹层结构。
在沥青基质中封装低能级和高能级放射性废弃物的例子中，将本发明的氢捕集化合物掺入到沥青基质中具有几个主要的优点：
—其具有作为放射性核素净化和氢捕集的双重化学特性；
—在对放射性排出流进行预先处理的情况下，被用作清除污染的反应物，在加工封装在沥青中的淤渣中天然地存在于本发明的化合物，在该淤渣中化合物是化学稳定的；
—在排出流的热处理法中，本发明化合物的常规使用避免了必须使用其它氢捕集反应物，在再加工淤渣过程中其依然表现出化学稳定性，并且由于其它氢捕集反应物的使用将使淤渣的量增加并且由此产生的包装数量增加，因此使用其它氢捕集反应物在经济上不合算；
—对沥青基质是化学惰性的，在将淤渣热封装到沥青的操作后，本发明的化合物保持其氢捕集性能；
—对辐射是不敏感的并且在沥青基质内防止了氧化，本发明的化合物持久地保持对氢的反应活性；以及
—本发明的化合物对标准温度和压力条件下的氢气以及沥青基质内的尤其是通过辐射分解产生的氢气都是反应活性的。
因此，将本发明的化合物掺入有机材料中，例如用作放射性废弃物封装基质的沥青，可能使通过辐射分解产生的氢的表观产量减少，因此降低了材料的膨胀容量。由于本发明化合物的化学性能可能使每个废弃物包装中所掺入的等量活动级实质上增加，同时依然保证该材料优良的完整性，因此在后处理工厂中该应用具有经济上的重要性。
在读了下面的实施例后，本发明的其它特征和优点将变得更加显而易见，当然给出这些是参照附图作为举例说明而并不意味着限制。
附图说明
图1是说明在纯净氢气氛围中氢的捕集的曲线图，其中一方面是使用本发明的化合物(曲线1)，另一方面是使用试验电解槽中的商业化合物(曲线2)。在该曲线图中，氢气压力P的改变(用102Pa(mbar)表示)被绘制为以小时(t(h))表示的时间的函数。
图2是说明每kg沥青所释放的氢气的体积(V H2(ml))作为总剂量(表示为MGy)的函数的曲线图，一方面是纯沥青(-○-曲线)，另一方面是根据本发明的沥青封装物，即包括本发明化合物(-□-曲线)的封装物。
具体实施方式
实施例1：氢捕集试验，利用与粉状化合物直接接触
在该实施例中，通过磁搅拌将两种水溶液，即以S/Co比例为1.5的硫酸钴(97wt％纯度)溶液和硫化钠(35wt％纯度)溶液混合，在实验室中合成CoS(OH)形式的化合物。
不调整该溶液的PH，起始分别为5.1和13.3。也不调整最终悬浮液的PH。
在该实验中，在过滤和用水洗涤之后，将所获得的颜色是黑色的沉淀物部分在100℃下干燥。然后将其研磨以获得粒径为0.7-15μm的粉末。
在环境温度(22±3℃)下在纯氢气氛围中，将10克处于粉末状态的干燥CoS(OH)形式的化合物放在100ml密封的电解槽中。
通过测量电解槽中氢压力的下降来监测该化合物所消耗的氢气，为了补偿随着时间所耗减的氢，定期补充该气氛。通过补充可以评价随着时间其反应速率的变化和其效果的持久性。
如附图1中可以看到的那样，通过电解槽中氢气压力的显著的并且试验上可测的降低显示了本发明化合物对氢气的消耗量。该图显示了电解槽中总压力的改变(用102Pa(mbar)表示)是时间(表示为小时(h))的函数。在捕集曲线(曲线1)中的每一个不连续点对应于电解槽中气氛的补充。
为了对比，图1还显示了根据CoS形式的商业产品所获得的H2消耗实验曲线。从该商业产品上没有观察到显著的氢捕集。
根据这些实验数据，可能确定该化合物的捕集容量为约0.5molH2/mol钴，该值相当于其热力学捕集容量。该结果表明捕集反应是绝对的并且不受限制，例如速度限制。
该实验证明根据气/固型反应本发明的化合物在环境温度通过直接接触自发并且定量捕集氢气的容量。
该实验使其可能证实本发明化合物的应用，例如用于氢气危险控制。
实施例2：使用被封装在沥青中的本发明化合物，由辐射分解就地产生的氢的捕集试验
使如上面实施例1中所描述的那样合成的并且加入了惰性硫酸钡无机填料的悬浮液中的化合物部分，在140℃下与熔融沥青密切混合直到水完全蒸发并且形成含有10％盐(wt％/封装物)，含有0.8钴(wt％/封装物)的均相混合物。
所获得的沥青封装物包括本发明的CoS(OH)形式的化合物，该化合物具有1.5％Co/封装物的含量。
硫酸钡盐的唯一的作用是增加封装物中无机填料的含量，以便获得本发明化合物在封装物中的更好的分散性和均匀性。
该材料是通常用于封装低能级和中能级放射性废弃物的沥青。其由主要属于下面三组的高分子量有机产物的混合物组成：脂肪族、环烃和芳香族基团。平均的元素组成如下：85％C；10％H；1.5％O；1.0％N和2.5％S(wt％)。
将含有本发明化合物的封装物试样和纯沥青试样经过平均剂量率为400Gy/h的外部辐射，直至达到5.6MGy的总剂量。在持续580个小时的实验的过程中，来自辐射源的每次减少的剂量率在450Gy/h-360Gy/h之间变化。由于总剂量为5.6MGy，因此整个试验过程中的平均剂量率为400Gy/h。
实验的氢气排出数据(图2)显示了，对于每kg沥青每MGy约660ml H2的生产速率，即，在试验的条件下，每kg沥青每小时约0.30mlH2，在高达1.5Mgy的总剂量下，CoS(OH)化合物捕集由辐射分解沥青所产生的氢气的效率为约80％。
在总剂量为4.5MGy之后，封装物的H2放出曲线(-□-曲线)渐进连接纯沥青试样的放出曲线(-○-曲线)，这表明掺入到封装物中的化合物已经到达其最大捕集容量。
从实验数据，封装物内的捕集容量被确定为每mol Co 0.48mol H2，也就是说，每kg Co为1821(STP)H2，也就是说，相当于单独测量的粉状化合物的容量并且接近该化合物理论最大捕集容量(每mol Co0.5mol H2，即1901(STP)每kgC)的值。
这些观察结果证明本发明的CoS(OH)形式的化合物对沥青是化学惰性的并且甚至在热封装操作后保持其全部的氢捕集容量。
此外本发明的化合物对辐射是不敏感的，其对标准温度和压力下的氢气以及通过沥青基质辐射分解所产生的氢气是反应活性的。
在该实施例中，发明人已经证明了例如在上面所描述的条件下将本发明的化合物，例如CoS(OH)形式掺入到有机基质中，使得在所述的基质中形成的氢气被捕集。
例如在核废弃物封装领域中，本发明使其可能减少通过辐射分解暴露于射线下的沥青封装物的氢气表观产量，并且从而显著地降低了沥青封装的放射性废弃物包裹在存储位置膨胀的能力。

Claims (26)

1、一种氢捕集化合物，其特征在于其包括至少一种下式的无机化合物：
                MX(OH)
其中：
-M代表二价的过渡元素；
-O代表氧原子；
-X代表元素周期表中第16族中除O之外的原子；并且
-H代表氢原子。
2、根据权利要求1的化合物，其中M选自于由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn组成的组中。
3、根据权利要求1的化合物，其中X选自于由S、Se、Te和Po组成的组中。
4、根据权利要求1的化合物，其中M是Co或Ni。
5、根据权利要求1或4的化合物，其中X是S。
6、一种用于制备权利要求1的氢捕集化合物的方法，所述方法包括在水溶液中混合至少一种溶解的X2-的溶解盐和至少一种溶解的M金属盐，以形成至少一种式MX(OH)的金属硫化物的沉淀物。
7、根据权利要求6的方法，其中X2-盐选自于Na2、(NH4)2、Li2、K2的X2-盐或它们的混合物。
8、根据权利要求6的方法，其中该M金属盐选自由MSO4·xH2O、M(NO3)2、M(ClO4)2·xH2O和MCl2组成的组中，其中M如权利要求1所定义。
9、根据权利要求8的方法，其中M是Co或Ni。
10、根据权利要求8或9的方法，其中X是S。
11、根据权利要求6的方法，其中在水溶液中的混合是在pH为4-12下进行的。
12、根据权利要求6的方法，其中浓度摩尔比[X2-]/[M2+]为7/8-1.5。
13、根据权利要求6的方法，其中所述至少一种沉淀的金属盐是通过过滤、用水洗涤及然后干燥而从制备溶液中提取出来的。
14、一种封装固体废弃物的方法，所述方法包括下面的步骤：
a)使用通过加热而预先液化的有机封装材料来封装待封装的固体废弃物和根据权利要求1的氢捕集化合物，
b)冷却并且固化在步骤a)中所获得的封装物。
15、根据权利要求14的方法，其中有机材料是沥青。
16、根据权利要求14的方法，其中废弃物是放射性的或非放射性的。
17、根据权利要求14的方法，其中废弃物是放射性的。
18、根据权利要求14或15的方法，其中以捕集化合物的质量对于沥青的质量表示，氢捕集化合物以合计1.5-82％的量与沥青混合的。
19、根据权利要求14的方法，其中在固化后，放射性废弃物占用复合有机材料封装的废弃物总质量的至少45wt％。
20、根据权利要求17的方法，其进一步包括如下预备步骤：化学共沉淀固体形式的放射性废弃物并且合成氢捕集化合物，以获得由该放射性固体废弃物和H2捕集化合物组成的混合物的固体相，然后将所述的固体相掺入到有机封装材料中，该有机封装材料在所述方法的步骤a)中通过加热被预先液化。
21、用于封装放射性废弃物的有机材料，其包括一种有机封装材料和至少一种根据权利要求1-5任一项的氢捕集化合物。
22、根据权利要求21的用于封装放射性废弃物的有机材料，其中该有机封装材料是沥青。
23、根据权利要求21或22的用于封装放射性废弃物的有机材料，其中以捕集化合物的质量相对沥青的质量表示，氢捕集化合物合计1.5-82％。
24、根据权利要求1的化合物用于捕集氢的用途。
25、根据权利要求1的化合物用于捕集在封装放射性废弃物用的有机材料内由辐射分解产生的氢气的用途。
26、根据权利要求25的用途，其中有机基质是沥青。
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