DE102008008640A1

DE102008008640A1 - Verfahren zur Hydrierung von BNH enthaltenden Verbindungen

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Publication number: DE102008008640A1
Application number: DE102008008640A
Authority: DE
Inventors: Gert Wolf; Felix Baitalow; Gerhard Roewer; Steffen Hausdorf; Gerd Arnold; Ulrich Eberle; Dieter Hasenauer; Florian O. Mertens
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: US7695704B2; US20080193356A1; DE102008008640B4

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen von Borazan aus Bor-Stickstoff und Bor-Stickstoff-Wasserstoff enthaltenden BNH-Abfallprodukten. Das Verfahren umfasst das Reagieren der BNH-Abfallprodukte mit einem Wasserstoffhalogenid mit der Formel HX, worin X aus der Gruppe, bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen hiervon ausgewählt wird, um jede der nachfolgenden Verbindungen zu bilden: ein Bortrihalogenid mit der Formel BX3, ein Ammoniumhalogenid mit der Formel NH4X und Wasserstoff. Das Bortrihalogenid wird dann mit dem Wasserstoff reagiert, um Diboran mit der Formel B2H6 und Wasserstoffhalogenid zu bilden. Das Ammoniumhalogenid wird dann zu Ammoniak mit der Formel NH3 und Wasserstoffhalogenid zu bilden. das Ammoniumhalogenid wird dann zu Ammoniak mit der Formel NH3 und Wasserstoffhalogenid umgesetzt. Das Diboran wird dann mit dem Ammoniak reagiert, um Borazan mit der Formel BH3NH3 zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Wasserstoffspeichertechnologie und insbesondere auf Verfahren zur Rehydrierung von BNH enthaltenden Abfallprodukten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Speicherung von Wasserstoff ist eine notwendige Voraussetzung für die Einführung von mit Wasserstoff angetriebenen Fahrzeugen. Die derzeitigen Speichertechnologien, beispielsweise komprimierter gasförmiger Wasserstoff ("CGH2") oder flüssiger Wasserstoff ("LH2"), weisen eine große Beschränkung hinsichtlich der Fahrreichweite solcher Kraftfahrzeuge auf.
Feststoffspeichersysteme (beispielsweise klassische oder komplexe Metallhydride, beispielsweise FeTi₂, NaAlH₄ und/oder dergleichen) könnten eine brauchbare Alternative sein, werden aber aus grundsätzlichen thermodynamischen Gründen heraus großen Herausforderungen bezüglich des Wärmemanagements begegnen. Im Hinblick auf die Speicherkapazität zeigen solche Verbindungen üblicherweise eine schlechtere Leistung als adäquate chemische Hydride (beispielsweise Methanol, Borazan und/oder dergleichen).
Die Verwendung von chemischen Hydriden erfordert eine Wasserstofffreisetzung und eine nachfolgende Recyclingstrategie für die Abfallprodukte.
Wasserstoff kann aus Borazan (d. h. BH₃NH₃) durch thermische Zersetzung freigesetzt werden, welche einen festen Wasserstoff-Stickstoff-Rückstand, welcher nachfolgend BNH-Abfall genannt wird, erzeugt.
Die Anwendbarkeit von Borazan als Brennstoff für mit Wasserstoff angetriebene Kraftfahrzeuge ist von der Erhältlichkeit von Borazan in Mengen für den industriellen Maßstab abhängig. Zur Zeit gehen die meisten herkömmlichen Synthesewege für Borazan entweder direkt von Ammoniak und Diboran oder von komplexen Borhydriden, wie beispielsweise NaBH₄ und Ammoniumsalzen, aus. Die Erzeugung von auf Borhydrid und Ammoniak zurückgehenden Produkten sind Energie intensive Verfahren. Weil der Rückstand des dehydrierten Borazans die wertvollen Materialien Bor und Stickstoff enthält, wäre es vorteilhaft, den BNH-Rückstand zu Borazan wieder aufzubereiten (zu rehydrieren). Unglücklicherweise existiert derzeit kein System für die Rehydrierung von BNH-Abfall.
Daher besteht ein Bedarf für einfache und wirksame Verfahren für die Rehydrierung von BNH enthaltenden Abfallprodukten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Herstellen von Borazan aus dem BNH-Abfall bereitgestellt, wobei die involvierten Verfahren industriell vorteilhaft sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Herstellen von Borazan aus dem BNH-Abfall bereitgestellt, welches verglichen mit den herkömmlichen Synthesewegen durch eine verbesserte Energieeffizienz gekennzeichnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System für die Rehydrierung von BNH-Abfall zu Borazan bereitgestellt, welches die unerwünschte Akkumulation von Nebenprodukten verhindert.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Borazan aus Bor-Stickstoff und Bor-Stickstoff-Wasserstoff enthaltenden BNH-Abfallprodukten bereitgestellt, welches umfasst: a) Reagieren der BNH-Abfallprodukte mit einem Wasserstoffhalogenid mit der Formel HX, um jede der folgenden Verbindungen zu bilden: ein Bortrihalogenid mit der Formel BX₃, ein Ammoniumhalogenid mit der Formel NH₄X und Wasserstoff, b) Reagieren des Bortrihalogenids mit Wasserstoff, um Diboran mit der Formel B₂H₆ und Wasserstoffhalogenid zu bilden, c) Umsetzen des Ammoniumhalogenids zu Ammoniak mit der Formel NH₃ und Wasserstoffhalogenid sowie d) Reagieren des Diborans mit Ammoniak, um Borazan mit der Formel BH₃NH₃ zu bilden, worin H Wasserstoff ist, worin B Bor ist, worin N Stickstoff ist und worin X aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus F, Cl, Br, I und Kombinationen hiervon besteht.
Gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Borazan aus Bor-Stickstoff und Bor-Stickstoff-Wasserstoff enthaltenden BNH-Abfallprodukten bereitgestellt, welches umfasst: a) Reagieren der BNH-Abfallprodukte mit einem Wasserstoffhalogenid mit der Formel HX, um ein Bortrihalogenid mit der Formel BX₃ und Ammoniumhalogenid mit der Formel NH₄X zu bilden, b) Reagieren des Bortrihalogenids mit einer Hydrid spendenden Siliziumverbindung, um Diboran B₂H₆ und ein Silizium enthaltendes Nebenprodukt zu bilden, c) Umsetzen des Ammoniumhalogenids zu Ammoniak mit der Formel NH₃ und Wasserstoffhalogenid, d) Reagieren des Diborans mit Ammoniak, um Borazan mit der Formel BH₃NH₃ zu bilden, sowie e) Rea gieren des Nebenprodukts von Schritt (b) mit Wasserstoff, um Wasserstoffhalogenid und eine Hydrid spendende Siliziumverbindung zu bilden, worin H Wasserstoff ist, worin B Bor ist, worin N Stickstoff ist, worin X aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus F, Cl, Br, I und Kombinationen hiervon besteht.
In Einklang mit einer zweiten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Borazan aus Bor-Stickstoff und Bor-Stickstoff-Wasserstoff enthaltenden BNH-Abfallprodukten bereitgestellt, welches umfasst: a) Reagieren der BNH-Abfallprodukte mit einem Wasserstoffhalogenid mit der Formel HX, um ein Bortrihalogenid mit der Formel BX₃ und Ammoniumhalogenid mit der Formel NH₄X zu bilden, b) Reagieren des Bortrihalogenids mit einem Metallhydrid, um Diboran B₂H₆ sowie ein Metall enthaltendes Nebenprodukt zu bilden, c) Umsetzen des Ammoniumhalogenids zu Ammoniak mit der Formel NH₃ sowie Wasserstoffhalogenid, d) Reagieren des Diborans mit Ammoniak, um Borazan mit der Formel BH₃NH₃ zu bilden, sowie e) Reagieren des Nebenprodukts von Schritt (b) mit Wasserstoff, um Wasserstoffhalogenid und ein Metallhydrid zu bilden, worin H Wasserstoff ist, worin B Bor ist, worin N Stickstoff ist, worin M ein Metall ist, und worin X aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus F, Cl, Br, I und Kombinationen hiervon besteht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das BNH-Abfallprodukt von Schritt (a) durch Reagieren des BNH-Abfallprodukts mit gasförmigem Wasserstoffhalogenid zu gasförmigem Bortrihalogenid und festem Ammoniumhalogenid umgesetzt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das BNH-Abfallprodukt zu Ammoniumhalogenid und einer teilweise hydrierten Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y umgesetzt, worin y gleich 1 oder 2 ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das BNH-Abfallprodukt von dem Schritt (a) zu Bortrihalogenid und Ammoniumhalogenid durch Reagieren von Wasserstoffhalogenid mit einer Aufschlämmung des BNH-Abfallprodukts in einem organischen Lösemittel umgesetzt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Glyme (Dimethoxyethan), Diglyme (Bis(2-methoxyethyl)ether), Triglyme (Triethylenglykoldimethylether), substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und einer geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig voneinander aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufschlämmung von BNH-Abfallprodukt mit einem Lösemittelmolekül zu Ammoniumhalogenid und einem Komplex aus dem Bortrihalogenid umgesetzt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufschlämmung des BNH-Abfallprodukts mit einem Lösemittel zu Ammoniumhalogenid und einer teilweise hydrierten Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y 1 oder 2 ist, oder einem gelösten Komplex einer Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y 1 oder 2 ist, umgesetzt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Bortrihalogenid von dem Schritt (b) in Lösung in der Gegenwart einer Base hydriert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Base aus der Gruppe ausgewählt, welche aus Verbindungen mit der Formel NR₃ besteht, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff, geradkettigen oder verzweigten C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen und Kombinationen hiervon ausgewählt ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Base aus Stickstoff enthaltenden heterozyklischen Verbindungen zusammengesetzt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Hydrierung des Bortrihalogenids in der Gegenwart einer Base durchgeführt und bildet einen gelösten BH₃-Basenkomplex, wobei die Base aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus heterozyklischen Verbindungen, Verbindungen mit der Formel NR₃, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff, geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Hydrierung von Bortrihalogenid in der Gegenwart einer Base durchgeführt und bildet ein festes Base-Wasserstoffhalogenid-Nebenprodukt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Hydrierung von Bortrihalogenid in der Gegenwart eines homogenen Hydrierungskatalysators durchgeführt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Lösemittel eine Base ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus heterozyklischen Verbindungen, Verbindungen mit der Formel NR₃, worin R unabhängig vonein ander aus Wasserstoff, geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Lösemittel ein Komplex mit der Formel BH₃NR₃.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Diboran aus der Reaktionsmischung, welche den gelösten BH₃-Basenkomplex enthält, durch Reagieren mit frischem Bortrichlorid entfernt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das feste Base-Wasserstoffhalogenid-Nebenprodukt zur Verwendung in dem Schritt (b) bzw. in dem Schritt (a) zu der Base und zu Wasserstoffhalogenid wiederaufbereitet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Herstellung von Ammoniak in dem Schritt (c) durch Reagieren einer Aufschlämmung von Ammoniumhalogenid mit einer Base gefördert, wobei die Base aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus heterozyklischen Verbindungen, Verbindungen mit der Formel NR₃, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff, geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung führt die Reaktion des Ammoniumhalogenids mit einer Base zu der Bildung eines Base-Wasserstoffhalogenid-Nebenprodukts.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Base-Wasserstoffhalogenid-Nebenprodukt für die Verwendung in dem Schritt (b) bzw. in dem Schritt (a) zu der Base und zu Wasserstoffhalogenid wiederaufbereitet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Schritt (d) durch Reagieren von gefrorenem flüssigem Ammoniak und gasförmigem Diboran durchgeführt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Schritt (d) in einem organischen Lösemittel durchgeführt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Schritt (d) in einem organischen Lösemittel durchgeführt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Glyme (Dimethoxyethan), Diglyme (Bis(2-methoxyethyl)ether), Triglyme (Triethylenglykoldimethylether), substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und einer geradkettigen oder verzweigten C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig voneinander aus geradkettigen oder verzweigten C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden. Es sollte verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigend, lediglich zum Zwecke der Illustration gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:
die 1 ein Flussdiagramm für ein erstes Schema (d. h. das Schema 1) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von HCl als ein Protonen spendendes Hilfsmittel und von HSiR₃ als ein Hydrid spendendes Hilfsmittel darstellt, wobei der BNH-Abfall schematisch als BNH_x dargestellt ist,
die 2 ein Flussdiagramm für ein zweites Schema (d. h. das Schema 2) unter Verwendung von HCl als ein Protonen spendendes Hilfsmittel und von MgH₂ als ein Hydrid spendendes Hilfsmittel im Einklang mit einer ersten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und
die 3 ein Flussdiagramm für ein drittes Schema (d. h. das Schema 3) unter Verwendung von HCl als ein Protonen spendendes Hilfsmittel und von NR₃ als eine Hilfsbase im Einklang mit einer zweiten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die vorliegende Erfindung, deren Anwendung oder Verwendungen zu beschränken.
Die Feststoffverbindung Borazan (d. h. BH₃NH₃) setzt unter technisch vorteilhaften Bedingungen (beispielsweise bei Umgebungsdruck und Temperaturen um 100°C herum) Wasserstoff frei. Die Freisetzung von Wasserstoff kann aus festem Borazan oder aus Borazan in Lösung durchgeführt werden. Ein ähnliches Verhalten ist ebenfalls für verschiedene andere Bor/Stickstoff/Wasserstoff enthaltende Verbindungen typisch. Solche BNH-Verbindungen werden hier als chemische BNH-Hydride bezeichnet. Die Dehydrierung von chemischen BNH-Hydriden liefert unterschiedliche Arten von BNH-Produkten, wie beispielsweise solche mit Polymerstrukturen und das vollständig dehydrierte amorphe Bornitrid BN. Diese BNH-Produkte, beispielsweise Bornitrid (d. h. BN), werden als BNH-Abfall bezeichnet.
Die Dehydrierung von festem Borazan umfasst die Freisetzung von H₂ typischerweise bei Temperaturen in einem Bereich zwischen ungefähr 70°C und ungefähr 800°C und gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zwischen ungefähr 80°C und ungefähr 180°C. Die dehydrierten Produkte enthalten vornehmlich Polymerstrukturen, wie beispielsweise (BH₂NH₂)_x, (BNHN)_x und/oder dergleichen. Die Bildung anderer Produkte, wie beispielsweise des vollständig dehydrierten Borhydrids BN, hängt von den angewendeten Bedingungen ab.
Die Dehydrierung von Borazan in Lösung umfasst ebenfalls die Freisetzung von H₂, und zwar typischerweise bei Temperaturen in einem Bereich zwischen ungefähr 25°C und ungefähr 300°C und im Einklang mit einem Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung, abhängig von dem Lösemittel und dem Katalysator, zwischen ungefähr 50°C und ungefähr 130°C.
Die dehydrierten Produkte enthalten eine Mischung von Produkten mit unterschiedlichen Strukturen.
Die Hydrierung der dehydrierten BNH-Produkten mit molekularem Wasserstoff schien zuvor aufgrund der thermodynamischen Limitationen lediglich bei sehr hohen Wasserstoffdrücken möglich. Die thermodynamische Grenze für die Hydrierung von dehydrierten BNH-Polymerprodukten wurde auf ungefähr Δ_RG = 60 kJ/mol (pro mol H₂) abgeschätzt.
Die vorliegende Erfindung liefert ein System für die chemische Rehydrierung aller Arten von BNH-Abfall, insbesondere von solchen, welche nach der Dehydrierung von festem Borazan oder von Borazan in Lösung erhalten werden. Die vorliegende Erfindung stellt drei verschiedene Rehydrierungsschemata (beispielsweise bezeichnet als Schema 1, Schema 2 bzw. Schema 3) bereit.
In den ersten beiden Fällen wird der BNH-Abfall durch Reagieren mit Hilfsreagentien, welche erotischen Wasserstoff enthalten, wie beispielsweise mit Wasserstoffhalogenid, und welche hydrischen Wasserstoff (beispielsweise Silane (beispielsweise Schema 1) oder Metallhydride (beispielsweise Schema 2)) enthalten, zu Borazan umgesetzt. Die Umsetzung läuft über die Bildung von Ammoniak und Diboran ab. Nach der Rehydrierung des BNH-Abfalls sollte das erhaltene Nebenprodukt mit molekularem Wasserstoff wieder aufgeladen werden.
In dem dritten Fall (beispielsweise Schema 3) wird der BNH-Abfall lediglich mit einem Hilfsreagenz, welches erotischen Wasserstoff enthält (beispielsweise mit einem Wasserstoffhalogenid), behandelt. Das erhaltene Bortrihalogenid wird dann direkt mit molekularem Wasserstoff zu Diboran hydriert und nachfolgend mit Ammoniak zu Borazan umgesetzt.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein System für das Recyceln des BNH-Abfalls, welches eine energieeffiziente Herstellung von Borazan in einem industriellen Maßstab erlaubt.
Um in den Recyclingschemata 1 und 2 einen geschlossenen Hydrierungszyklus zu bilden, benötigt man das Wiederaufladen der Nebenprodukte, welche nach der Hydrierung des BNH-Abfalls erhalten worden sind (beispielsweise chlorierte Silane, Metallchloride und/oder dergleichen), mit molekularem Wasserstoff, um die Wasserstoff enthaltenden Hilfsreagentien zu regenerieren. Folglich wird der H₂-Wiederaufladungsschritt (welches der limitierende Schritt des Recyclingsystems ist) von der Hydrierung von BNH-Abfall auf die Hydrierung von Nebenprodukten verschoben. Das H₂-Wiederaufladen von Nebenprodukten sollte bei technisch vorteilhaften Bedingungen erreichbar sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Rehydrierung von BNH-Abfall, welcher nach der Dehydrierung von festem Borazan oder Borazan in Lösung erhalten wurde. Das vorgeschlagene System ist ferner für die Hydrierung von BNH-Abfall, welcher aus anderen Quellen außer Borazan erhalten wird, anwendbar.
Abhängig von den Bedingungen der Borazan-Dehydrierung, kann der erhaltene Rückstand dieser Reaktion ein verfestigtes Pulver oder ein Schaum, eine viskose Aufschlämmung oder eine Lösung sein. Die chemische Zusammensetzung des erhaltenen Rückstands, welcher in der vorliegenden Erfindung als BNH-Abfall bezeichnet wird, wird ebenfalls stark durch die Aufarbeitung der Borazandehydrierung beeinflusst. Was auch immer die Form, die chemische Zusammensetzung und der Ursprung des BNH-Abfalls ist, ist der anfängliche Schritt in dem Recyclingschema die Behandlung des BNH-Abfalls mit einem Protonen spendenden Hilfsreagenz. Beispiele für die Protonen spendenden Hilfsreagentien, welche einzusetzen sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Wasserstoffhalogenide (HX), wobei X F, Cl, Br und/oder I ist. Wasserstoffchlorid (HCl) und Wasserstoffbromid (HBr) sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung insbesondere geeignet. Im nachfolgenden wird exemplarisch HCl als ein Protonen spendendes Hilfsreagenz für die Rehydrierungsprozedur des BNH-Abfalls eingesetzt.
Alle der Schemata der vorliegenden Erfindung umfassen als den anfänglichen Schritt die Behandlung des BNH-Abfalls mit einem Protonen spendenden Hilfsreagenz. Ein Beispiel ist in der 1 illustriert, in der HCl als Hilfsreagenz verwendet wird. Die Behandlung des BNH-Abfalls (welcher schematisch als BNH_x dargestellt ist) mit HCl erzeugt, wie durch die nachfolgende Gleichung (I) gezeigt, eine Bor enthaltende Verbindung, d. h. Bortrichlorid BCl₃, eine Stickstoff enthaltende Verbindung, d. h. Ammoniumchlorid NH₄Cl, und Wasserstoff: BNH_x + 4 HCl = BCl₃ + NH₄Cl + x/2 H₂ (Gleichung I).
Folglich wird der BNH-Abfall vollständig zu den einfachen, gut definierten Verbindungen BCl₃ und NH₄Cl umgesetzt. Die Freisetzung von Wasserstoff wird durch die Reaktion von HCl mit dem an das Boratom in dem BNH-Abfall gebundenen hydrischen Wasserstoff verursacht. Der auf diese Weise freigesetzte Wasserstoff kann leicht anderswo in dem Gesamtrehydrierungsschema eingesetzt werden. Es ist ein Vorteil der vorgeschlagenen Rehydrierungsprozedur, dass die Leistungsfähigkeit der Reaktion des BNH-Abfalls mit HCl nicht von der chemischen Zusammensetzung und von dem Ursprung des BNH-Abfalls abhängt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, dass die Umwandlung des BNH-Abfalls zu BCl₃ und NH₄Cl durchführbar durch die nachfolgenden Verfahren realisiert werden kann:
Der BNH-Abfall kann mit gasförmigem oder flüssigem Protonen spendendem Hilfsreagenz behandelt werden. Im Folgenden wird die Gesamtrehydrierungsprozedur exemplarisch für die Verwendung von HCl als Protonen spendendes Reagenz diskutiert. Der BNH-Abfall reagiert mit gasförmigem HCl in einem Temperaturbereich zwischen ungefähr 100°C und ungefähr 300°C und im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zwischen 120°C und 180°C (siehe beispielsweise Verfahren 1 in der 1).
Die Reaktion kann in einer reinen HCl-Atmosphäre durchgeführt werden, aber die Verdünnung von gasförmigem HCl mit Inertgasen, wie beispielsweise mit Stickstoff oder mit Argon, ist besonders bevorzugt. Gasförmiges BCl₃ kann aus dem Produktgasstrom unter Verwendung verschiedener Techniken abgetrennt werden, wobei das Abkühlen auf einen Temperaturbereich von –20°C bis 0°C das bevorzugte Verfahren ist. Anschließend könnte der Gasstrom wieder in den Reaktor für BNH-Abfallbehandlung eingeführt werden, um eine vollständige Umsetzung des gesamten HCl sicherzustellen. Der Feststoffrückstand nach der Behandlung des BNH-Abfalls mit HCl besteht aus NH₄Cl, welcher für seine weitere Verarbeitung aus dem Reaktor entfernt werden muss.
Alternativ dazu kann der BNH-Abfall mit einem Protonen enthaltenden Hilfsreagenz in Lösung (in der 1 nicht dargestellt) behandelt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Donorlösemittel besonders bevorzugt. Die Aufschlämmung des BNH-Abfalls in Donorlösemitteln reagiert mit HCl im Vergleich zu der Behandlung des BNH-Abfalls mit gasförmigem HCl bei signifikant niedrigeren Temperaturen. Aufgrund einer einfacheren Trennung der B-N-Bindungen in dem BNH-Abfall unter Einfluss von Donorlösemitteln wird die Reaktionstemperatur verringert. Beispiele für Lösemittel, welche einzusetzen sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Diglyme oder 2,5-Dimethyltetrahydro-furan. Diese Lösemittel sind durch eine ausreichend hohe Donorstärke und eine große chemische Stabilität gekennzeichnet im Gegensatz zu Tetrahydrofuran, welches tatsächlich ein stärkerer Donor ist, aber unter dem Einfluss von Bor enthaltenden Verbindungen, wie beispielsweise BCl₃, eine Ringöffnungsreaktion unterläuft. Beispielsweise kann die Reaktion von BNH-Abfall mit HCl in Diglyme bei Temperaturen zwischen ungefähr 25°C und ungefähr 80°C durchgeführt werden. Solch eine Behandlung des BNH-Abfalls mit HCl erzeugt einen gelösten BCl₃·Lösemittelkomplex, welcher durch Filtration von dem Feststoff NH₄Cl abgetrennt werden kann.
Nach der Behandlung des BNH-Abfalls mit einem Protonen spendenden Hilfsreagenz und dem Abtrennschritt unterlaufen die Bor enthaltenden Produkte und die Stickstoff enthaltenden Produkte die nächsten Reaktionsschritte getrennt voneinander. Das Bor enthaltende Produkt, d. h. BCl₃ oder ein BCl₃-Lösemittelkomplex, wird zu Diboran (B₂H₆) oder einem BH₃-Lösemittelkomplex umgesetzt. Das Stickstoff enthaltende Produkt, d. h. NH₄Cl, wird zu Ammoniak (NH₃) umgesetzt. Schließlich führt die direkte Reaktion von B₂H₆ mit NH₃, wie in der 1 dargestellt, zu der Herstellung von Borazan (BH₃NH₃). Dieses allgemeine Verfahren ist für alle der drei vorgeschlagenen Reaktionsschemata dasselbe.
Die Umsetzung von BCl₃ zu B₂H₆ ist über verschiedene Reaktionssequenzen möglich. Gemäß den Schemata 1 und 2 reagiert BCl₃ mit Hydrid spendenden Hilfsreagentien. Mit der Formulierung "Hydrid spendend", welche hier verwendet wird, ist jede Quelle für Hydridionen (H^–) gemeint. Diese Reaktion führt zu der Herstellung von B₂H₆ und zu der Bildung von einem Nebenprodukt. Dieses Nebenprodukt sollte in einem zweiten Schritt mit molekularem Wasserstoff wieder aufgeladen werden, um die anfänglichen Protonen spendenden und Hydrid spendenden Hilfsreagentien wieder herzustellen. Der H₂-Aufladungsschritt ist erforderlich, um einen geschlossenen Kreislauf für die Rehydrierung des BNH-Abfalls zu liefern.
Verschiedene Arten von Hydrid spendenden Hilfsreagentien reagieren mit BCl₃ unter Bildung von B₂H₆. Unter anderem können Silizium enthaltende Verbindungen eingesetzt werden (beispielsweise Schema 1). Beispiele für die Hilfsreagentien, welche einzusetzen sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Verbindungen der allgemeinen Formel HSiR₃, worin die R-Substituenten Wasserstoff, Halogenid (beispielsweise Cl oder Br), lineare oder verzweigte C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierte oder substituierte Phenylgruppen, lineare oder verzweigte C₁-C₄-Alkoxygruppen sein können (alle R-Substituenten können gleich sein, müssen dies aber nicht notwendigerweise sein). Ferner können zyklische Verbindungen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Siloxane eingesetzt werden. Geeignete Reagentien schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf HSiCl₃, HSiEt₃ und/oder HSiBu₃ (siehe beispielsweise Verfahren 2 in der 1). Ein Beispiel für eine Reaktion zwischen BCl₃ und einem der zuvor genannten Hydrid spendenden Hilfsreagentien ist in der nachfolgenden Gleichung (II) gezeigt: BCl₃ + 3 HSiR₃ = 1/2 B₂H₆ + 3 ClSiR₃ (Gleichung II).
Gemäß der Patentanmeldung DE 1142589 läuft die Gasphasenreaktion zwischen BCl₃ und SiH₄ bereits bei Raumtemperatur ab. Das erhaltene Nebenprodukt SiCl₄ wurde durch Lösen in Triethylsilan (HSiEt₃) von B₂H₆ abgetrennt.
Die Verwendung von flüssigen Silanen erleichtert die Abtrennung von gasförmigem B₂H₆, insbesondere, wenn das chlorierte Silizium enthaltende Nebenprodukt auch eine Flüssigkeit ist.
Gemäß der Patentanmeldung DE 1095797 reagiert gasförmiges BCl₃ mit flüssigem HSiEt₃, H₂SiEt₂ oder H₂SiPh₂ in einem Temperaturbereich zwischen ungefähr 25°C und ungefähr 80°C. Das erhaltene B₂H₆ kann leicht von anderen Reaktionsprodukten abgetrennt werden, weil dies das einzige Produkt ist, welches gasförmig ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung könnte die Reaktion von BCl₃ mit Silanen auch in Lösung (in der 1 nicht dargestellt) durchgeführt werden. Die Herstellung von B₂H₆ läuft bei Temperaturen von ungefähr 25°C ab. Wenn die anfängliche Behandlung des BNH-Abfalls mit HCl in Lösung durchgeführt wurde, ist es bevorzugt, die nachfolgende Umsetzung von BCl₃ zu B₂H₆ in demselben Lösemittel durchzuführen. Die Umsetzung in Donorlösemitteln erzeugt einen gelösten BH₃*-Lösemittelkomplex. Folglich sollte die Endreaktion mit NH₃, um Borazan BH₃NH₃ herzustellen, dann direkt mit einem solchen BH₃*-Lösemittelkomplex durchgeführt werden.
Das während der Umsetzung von BCl₃ zu B₂H₆ erhaltene Nebenprodukt sollte mit molekularem Wasserstoff gemäß der nachfolgenden Gleichung (III) (siehe beispielsweise Verfahren 3 in der 1) wieder aufgeladen werden: ClSiR₃ + H₂ = HSiR₃ + HCl (Gleichung III).
Beispielsweise ist das Recycling von SiCl₄ zu HSiCl₃ ein gut bekanntes technisches Verfahren, welches in der Halbleiterindustrie weithin eingesetzt wird. Die Reaktion von SiCl₄ mit H₂ läuft in einem Temperaturbereich von ungefähr 800°C bis ungefähr 900°C unter Verwendung von Metallkatalysatoren, wie beispielsweise von Nickel oder von Eisen, ab.
Eine Variation des beschriebenen Verfahrens umfasst die Einmalverwendung von Silizium enthaltenden Verbindungen, welche aus der Halbleiterindustrie erhaltene Abfallmaterialien sind. Diese Materialien werden grob durch die Formel Alk[-OSi(H)(Alk)-]_nOAlk, worin n = 3 bis 50 ist, beschrieben.
Andere Hydrid spendende Hilfsreagentien, welche mit BCl₃ reagieren, um B₂H₆ herzustellen, sind Metallhydride (beispielsweise Schema 2). Beispiele hierfür schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf NaH, MgH₂, CaH₂ und ZnH₂. Ein Beispiel ist in der 2 unter Verwendung von MgH₂ als Hydrid spendendes Hilfsreagenz dargestellt. Die Reaktion von BCl₃ mit MgH₂ läuft wie in der nachfolgenden Gleichung (IV) ab (siehe beispielsweise Verfahren 2 in der 2): BCl₃ + 1,5 MgH₂ = 1/2 B₂H₆ + 1,5 MgCl₂ (Gleichung IV).
Gemäß dem US-Patent Nr. 3,024,091 kann die Umsetzung von BCl₃ zu B₂H₆ in einer Kugelmühle durch Reagieren von BCl₃ mit MgH₂ in der Gegenwart von AlCl₃ in einem aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstofflösemittel bei Raumtemperaturen durchgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung reagieren Suspensionen von aktivem MgH₂ mit BCl₃, um B₂H₆ herzustellen. Gemäß der Patentanmeldung DE 2804445 konnte aktives MgH₂ durch die Hydrierung von Magnesiumpulver in THF-Lösung in der Gegenwart von Anthracen und einem Ti-Katalysator hergestellt werden (siehe beispielsweise Verfahren 4 in der 2). Das aktive MgH₂ reagiert exotherm mit BCl₃, wobei B₂H₆ gebildet wird (siehe beispielsweise Verfahren 2 in der 2). Das feste Nebenprodukt Magnesiumchlorid MgCl₂ kann aus der Reaktionsmischung durch Filtration abgetrennt werden. Wenn die anfängliche Behandlung des BNH-Abfalls mit HCl in Lösung durchgeführt wurde, ist es besonders bevorzugt, die nachfolgende Umsetzung von BCl₃ zu B₂H₆ in demselben Lösemittel durchzuführen. Wie in dem Fall von Silanen erzeugen Umsetzungen in Donorlösemitteln BH₃*-Lösemittelkomplexe, welche für die Herstellung von Borazan BH₃NH₃ durch direkte Reaktion mit NH₃ eingesetzt werden können.
Gemäß einem gut bekannten elektrochemischen Verfahren kann das Nebenprodukt MgCl₂ in elektrochemischen Zellen (siehe beispielsweise Verfahren 3 in der 2) gemäß der nachfolgenden Gleichung (V) zu elementarem Magnesium und Chlor umgesetzt werden: MgCl₂ = Mg + Cl₂ (Gleichung V).
Nachfolgend muss das Chlor mit Wasserstoff (siehe beispielsweise Verfahren 5 in der 2) gemäß der nachfolgenden Gleichung (VI) reagiert werden: Cl₂ + H₂ = 2 HCl (Gleichung VI).
Über eine elektrochemische Chlor-Wasserstoff-Zelle könnte durch Erzeugen von Elektrizität aus diesem Verfahren etwas Energie gewonnen werden. Diese Energie könnte für die Elektrolyse des MgCl₂ eingesetzt werden.
Die Herstellung von B₂H₆ durch die Reaktion von BCl₃ mit Hydrid spendenden Hilfsreagentien (beispielsweise Schemata 1 und 2) und die nachfolgende Wiederaufladung der erhaltenen Nebenprodukte mit molekularem Wasserstoff ist weniger effizient als die am meisten bevorzugte Route, d. h. die direkte Synthese von B₂H₆ durch die Reaktion von BCl₃ mit H₂ (beispielsweise Schema 3) gemäß der nachfolgenden Gleichung (VII): BCl₃ + 3 H₂ = 1/2 B₂H₆ + 3 HCl (Gleichung VII).
Das einzige Nebenprodukt ist HCl, welches leicht irgendwo in dem Recyclingverfahren eingesetzt werden kann. Der Schlüsselschritt des Schemas 3 ist die direkte Hydrierung von BCl₃ mit H₂, um B₂H₆ zu erzeugen.
Aufgrund des existierenden Gleichgewichts kann die Reaktion von BCl₃ mit H₂ lediglich bei höheren Temperaturen mit quantitativen Ausbeuten durchgeführt werden. Gemäß einem in dem Patent GB 866522 beschriebenen Verfahren kann BCl₃ in der Gasphase bei Temperaturen in einem Bereich zwischen 600 und 750°C hydriert werden. Die Reaktionsmischung, welche die Zwischenproduktverbindung BHCl₂ und das Nebenprodukt HCl enthält, sollte schnell auf eine Temperatur von –196°C abgekühlt werden. Danach disproportioniert BHCl₂ zu Diboran und Bortrichlorid, welche nachfolgend voneinander getrennt werden.
Alternativ dazu kann die Reaktion von BCl₃ mit H₂ durch Entfernen von HCl aus der Reaktionsmischung, beispielsweise durch das Binden von HCl mit Basen, zur Vollständigkeit geführt werden. Gemäß einem in der Patentanmeldung GB 861760 beschriebenen Verfahren kann BCl₃NEt₃ mit molekularem Wasserstoff in der Gegenwart der Base NEt₃ hydriert werden. Die Reaktion läuft bei Temperaturen in einem Bereich zwischen 180°C und 200°C sowie bei Wasserstoffdrucken zwischen 100 und 1000 Atmosphären gemäß der nachfolgenden Gleichung (VIII) ab: BCl₃NEt₃ + 3 H₂ + 3 NEt₃ = BH₃NEt₃ + 3 NEt₃HCl (Gleichung VIII).
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein verwandtes Verfahren bei beträchtlich milderen Bedingungen durchgeführt werden. Ein mögliches Beispiel ist in der 3 unter Verwendung von HCl als ein Protonen spendendes Hilfsreagenz und von NR₃ als eine Hilfsbase dargestellt. Die Reaktion läuft gemäß der nachfolgenden Gleichung (IX) ab (siehe beispielsweise Verfahren 2 in der 3): BCl₃NR₃ + 3 H₂ + 3 NR₃ = BH₃NR₃ + 3 NR₃HCl (Gleichung IX).
Beispiele für die Hilfsbasen, welche einzusetzen sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Stickstoffbasen NR₃, worin die R-Substituenten Wasserstoff, lineare oder verzweigte C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierte oder substituierte Phenylgruppen (die R-Substituenten können die gleichen oder verschiedene sein) sein können. Des Weiteren ist die Anwendung von Stickstoff enthaltenden Heterozyklen möglich. HCl kann aus der Reaktionsmischung durch Präzipitation des HCl*-Base-Komplexes, d. h. von Ammoniumchlorid mit der allgemeinen Formel NR₃HCl, entfernt werden. Das Feststoffpräzipitat kann aus der flüssigen Phasen leicht durch Filtration abgetrennt werden. Nach dem Abtrennschritt kann, wie nachfolgend beschrieben, HCl durch die thermische Zersetzung des NR₃HCl wiedergewonnen werden. Besonders geeignete Basen sind Triethy lamin NEt₃ und Triphenylamin NPh₃. Aufgrund der Anwendung von homogenen Metallkatalysatoren sollten vergleichsweise milde Reaktionsbedingungen erreichbar sein. Beispiele für die Metallkomplexe, welche einzusetzen sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf auf Pt, Rh, Pd, Mo, W, Mn basierende Komplexe mit unterschiedlichen Liganden, wie beispielsweise Cl, CO, PPh₃, Cyclopentadienyl und/oder dergleichen. Wenn die anfängliche Behandlung des BNH-Abfalls mit HCl in Lösung durchgeführt wurde, ist es insbesondere bevorzugt, die nachfolgende Umsetzung von BCl₃ zu B₂H₆ in demselben Lösemittel durchzuführen.
Es gibt unterschiedliche Verfahren für die Extraktion des Zielprodukts B₂H₆ aus dem erhaltenen Komplex BH₃NR₃. Ein insbesondere bevorzugtes Verfahren für diesen Extraktionsprozess ist die Reaktion des hergestellten BH₃NR₃ mit frisch zugeführtem BCl₃, welche gemäß der nachfolgenden Reaktionsgleichung (X) abläuft: BH₃NR₃ + BCl₃ = BCl₃NR₃ + 1/2 B₂H₆ (Gleichung X).
Die Gesamtreaktionsgleichung der beiden letzten Gleichungen wird durch die nachfolgende Gleichung (XI) wiedergegeben: BCl₃ + 3 H₂ + 3 NR₃ = 1/2 B₂H₆ + 3 NR₃HCl (Gleichung XI).
Das anfängliche Verfahren für alle drei Schemata schließt die Herstellung von BCl₃ und von NH₄Cl aus BNH-Abfall ein. Das Stickstoff enthaltende Produkt, NH₄Cl, sollte zu NH₃ und HCl umgesetzt werden. Wenigstens drei Reaktionssequenzen (a–c) können eingesetzt werden, um aus NH₄Cl NH₃ herzustellen.

a) Gemäß einem gut bekannten Verfahren zersetzt sich NH₄Cl bei Temperaturen von oberhalb von 300°C unter der Freisetzung von gasförmigem NH₃ und von HCl (siehe beispielsweise das Verfahren 4 in der 1 und das Verfahren 6 in der 2) gemäß der nachfolgenden Gleichung (XII): NH₄Cl = NH₃ + HCl (Gleichung XII). Die thermische Zersetzung von NH₄Cl ist stark endotherm. Eine energetische Kopplung dieses endothermen Schritts mit irgendeinem exothermen Reaktionsschritt in dem vorgeschlagenen Rehydrierungsverfahren mittels Wärmeaustauschern ist besonders bevorzugt, um die Energieeffizienz zu verbessern. Die Abtrennung von NH₃ und von HCl, welche aus der NH₄Cl-Zersetzung resultieren, in der Gasphase ist in der Praxis ein schwerwiegendes Problem. Um dieses Problem zu lösen, wird die Verwendung von nichtflüchtigen Protonen spendenden Hilfsreagentien (beispielsweise flüssig oder fest) anstelle von gasförmigem HCl empfohlen, weil dann das gasförmige NH₃ leicht abgetrennt werden kann.
b) Ein anderes gut bekanntes technisches Verfahren erlaubt die Herstellung von NH₃ aus NH₄Cl unter Verwendung von Mg(OH)₂ (in den Figuren nicht dargestellt) gemäß den Gleichungen (XIII bzw. XIV): 2 NH₄Cl + Mg(OH)₂ + 4 H₂O = 2 NH₃ + MgCl₂·6 H₂O (Gleichung XIII). MgCl₂·6 H₂O = Mg(OH)₂ + 2 HCl + 4 H₂O (Gleichung XIV). Die thermische Zersetzung von MgCl₂·6 H₂O läuft bei Temperaturen von mehr als 250°C ab und ist stark endotherm. Eine energetische Kopplung mit exothermen Schritten ist besonders bevorzugt. In dem vorliegenden Verfahren ist die Abtrennung von NH₃ und von HCl nicht problematisch, weil die Freisetzung von gasförmigem NH₃ und von HCl bei unterschiedlichen Reaktionsschritten abläuft.
c) Es ist ein spezielles Verfahren für die Herstellung von NH₃ aus NH₄Cl erwägenswert. Die Aufschlämmung von NH₄Cl in einem geeigneten Lösemittel wird mit einer überschüssigen Menge von Stickstoff enthaltender Hilfsbase NR₃ gerührt. Das bevorzugte Lösemittel ist die Base selbst. Die Reaktion kann durch die Entfernung von gasförmigem NH₃ aus der Lösung (siehe beispielsweise das Verfahren 4 in der 3) gemäß der nachfolgenden Gleichung (XV) durchgeführt werden: NH₄Cl + NR₃ = NH₃ + NR₃HCl (Gleichung XV).

Das Nebenprodukt NR₃HCl sollte, wie nachfolgend beschrieben, zu NR₃ und zu HCl regeneriert werden (siehe beispielsweise auch das Verfahren in der 3).
Die Stickstoff enthaltende Verbindung NR₃HCl, welche während der Reaktion von BCl₃ mit molekularem Wasserstoff gemäß dem Schema 3 hergestellt worden ist, sollte zu NR₃ und zu HCl recycelt werden. Das am meisten bevorzugte Verfahren ist dann die thermische Zersetzung von NR₃HCl (siehe beispielsweise die Verfahren 3 und 7 in der 3) gemäß der nachfolgenden Gleichung (XVI): NR₃HCl = NR₃ + HCl (Gleichung XVI).
Im Allgemeinen ist die thermische Zersetzung von NR₃HCl ein endothermes Verfahren. Eine energetische Kopplung mit irgendwelchen exothermen Schritten ist ganz besonders bevorzugt. Die Abtrennung der Reaktionsprodukte wird durch die Verwendung von nicht flüchtigen Stickstoffhilfsbasen erleichtert.
Die Reaktionsschemata 1 bis 3, welche zuvor beschrieben worden sind, umfassen als den letzten Schritt die direkte Reaktion von B₂H₆ mit NH₃, welche zu der Herstellung von Borazan BH₃NH₃ führt (siehe beispielsweise die Verfahren 5, 7, 5 in den 1, 2 bzw. 3).
Die Nettogleichung für alle vorgeschlagenen Recyclingschemata für die Regenerierung von Borazan aus BNH-Abfall wird durch die nachfolgende Gleichung (XVII) wiedergegeben: BNH_x + (3 – x/2)H₂ = BH₃NH₃ (Gleichung XVII).
Der Hauptvorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist es, dass dieses lediglich molekularen Wasserstoff verbraucht. Alle anderen Reagentien werden innerhalb des vorgeschlagenen Verfahrens regeneriert.
Die Nettoreaktion des vorgeschlagenen Verfahrens für die Rehydrierung des BNH-Abfalls ist endotherm. Die thermodynamischen Werte für das Rehydrierungsgesamtverfahren und für die einzelnen Schritte einiger Varianten der vorgeschlagenen Schemata 1 bis 3 werden nachfolgend dargestellt. Die erforderlichen thermodynamischen Daten wurden aus Handbüchern oder aus Originalschriften entnommen oder diese wurden direkt gemessen.
Das Gesamtrehydrierungsverfahren ist in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt: TABELLE I

Ausgangsmaterialien Endprodukt(e) Δ_RH, kJ mol^–1 Δ_RG, kJ mol^–1

BNH₂ (f) + 2 H₂ (g) → BH₃NH₃ (f) 40 120

Eine Variante des in der 1 dargestellten Schemas 1 ist in der nachfolgenden Tabelle II gezeigt: TABELLE II

Ausgangsmaterialien	Endprodukt(e)	Δ_RH, kJ mol^–1	Δ_RG, kJ mol^–1	Temperatur
BNH₂ (f) + 4 HCl (g)	→ BCl₃ (g) + NH₄Cl(f) + H₂ (g)	–150	–70	150°C
BCl₃ (g) + 3 HSiCl₃ (g)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3 SiCl₄ (g)	–80	–40	25°C
3 SiCl₄ (g) + 3 H₂ (g)	→ 3 HSiCl₃ (g) + 3 HCl (g)	210	100	800°C
NH₄Cl (f)	→ NH₃ (g) + HCl (g)	160	0	350°C
1/2 B₂H₆ (g) + NH₃ (g)	→ BH₃NH₃ (f)	–130	–60	25°C

Eine Variante des in der 2 dargestellten Schemas 2 in der nachfolgenden Tabelle III dargestellt: TABELLE III

Ausgangsmaterialien	Endprodukt(e)	Δ_RH, kJ mol^–1	Δ_RG, kJ mol^–1	Temperatur
BNH₂ (f) + 4 HCl (g)	→ BCl₃ (g) + NH₄Cl (f) + H₂ (g)	–150	–70	150°C
BCl₃ (g) + 3/2 MgH₂ (f)	1/2 B₂H₆ (g) + 3/2 MgCl₂ (f)	–430	–400	25°C
3/2 MgCl₂ (f)	→ 3/2 Mg (f) + 3/2 Cl₂ (g)	960	730	700°C
3/2 Mg (f) + 3/2 H₂ (g)	→ 3/2 MgH₂ (f)	–110	–50	25°C
3/2 H₂ (g) + 3/2 Cl₂ (g)	→ 3 HCl (g)	–280	–290	25°C
NH₄Cl (f)	→ NH₃ (g) + HCl (g)	160	0	350°C
1/2 B₂H₆ (g) + NH₃ (g)	→ BH₃NH₃ (f)	–130	–60	25°C

Eine Variante des in der 3 dargestellten Schemas 3 ist in der nachfolgenden Tabelle IV dargestellt: TABELLE IV

Ausgangsmaterialien	Endprodukt(e)	Δ_RH, kJ mol^–1	Δ_RG, kJ mol^–1	Temperatur
BNH₂ (f) + 4 HCl (g)	→ BCl₃ (g) + NH₄Cl (f) + H₂ (g)	–150	–70	150°C
BCl₃ (g) + 3 H₂ (g) + 3 NEt₃ (fl)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3 NEt₃HCl (f)	–360	–110	25°C
NH₄Cl (f) + NEt₃ (fl)	→ NH₃ (g) + NEt₃HCl (f)	10	0	25°C
4 NEt₃HCl (f)	→ 4 NEt₃ (g) + 4 HCl (g)	680	0	400°C
1/2 B₂H₆ (g) + NH₃ (g)	→ BH₃NH₃ (f)	–130	–60	25°C

Ferner werden einige Hydrid spendende Hilfsreagentien, welche gemäß unterschiedlichen Schemata der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden könnten, hinsichtlich ihrer thermodynamischen Werte für den Schlüsselschritt, d. h. die Umsetzung von BCl₃ zu B₂H₆, verglichen. Die thermodynamischen Werte für die Hydrierung der entsprechenden Nebenprodukte werden ebenfalls berechnet. Die erhaltenen Werte sind in den Tabellen V bzw. VI nachfolgend gezeigt: TABELLE V Umsetzung von BCl₃ zu B₂H₆ (alle Berechnungen bei 25°C)

Ausgangsmaterialien	Endprodukt(e)	Δ_RH, kJ mol^–1	Δ_RG, kJ mol^–1
BCl₃ (g) + 3 HSiCl₃ (fl)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3 SiCl₄ (fl)	–80	–40
BCl₃ (g) + 3 HSiEt₃ (fl)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3 ClSiEt₃ (fl)	–100	–70
BCl₃ (g) + 3/2 H₂SiCl₂ (g)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3/2 SiCl₄ (fl)	–90	–60
BCl₃ (g) + 3/2 H₂SiEt₂ (fl)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3/2 Cl₂SiEt₂ (fl)	–100	–70
BCl₃ (g) + 3/4 SiH₄ (g)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3/4 SiCl₄ (fl)	–120	–80
BCl₃ (g) + 3/2 MgH₂ (f)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3/2 MgCl₂ (f)	–430	–400
BCl₃ (g) + 3/2 CaH₂ (f)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3/2 CaCl₂ (f)	–510	–480
BCl₃ (g) + 3/2 TiH₂ (f)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3/2 TiCl₂ (f)	–140	–110
BCl₃ (g) + 3/4 SnH₄ (fl)	→ 1/2 B₂H₆ (g) + 3/4 SnCl₄ (fl)	–80	–40

TABELLE VI Hydrierung von Nebenprodukten (alle Berechnungen bei 25°C)

Ausgangsmaterialien	Endprodukt(e)	Δ_RH, kJ mol^–1	Δ_RG, kJ mol^–1
3 SiCl₄ (fl) + 3 H₂ (g)	→ 3 HSiCl₃ (fl) + 3 HCl (g)	220	180
3 ClSiEt₃ (fl) + 3 H₂ (g)	→ 3 HSiEt₃ (fl) + 3 HCl (g)	240	210
3/2 SiCl₄ + 3 H₂ (g)	→ 3/2 H₂SiCl₂ (fl) + 3 HCl (g)	230	200
3/2 Cl₂SiEt₂ (fl) + 3 H₂ (g)	→ 3/2 H_sSiEt₂ (fl) + 3 HCl (g)	240	210
3/4 SiCl₄ (fl) + 3 H₂ (g)	→ 3/4 SiH₄ (g) + 3 HCl (g)	260	220
3/2 MgCl₂ (f) + 3 H₂ (g)	→ 3/2 MgH₂ (f) + 3 HCl (g)	570	540
3/2 CaCl₂ (f) + 3 H₂ (g)	→ 3/2 CaH₂ (f) + 3 HCl (g)	650	620
3/2 TiCl₂ (f) + 3 H₂ (g)	→ 3/2 TiH₂ (f) + 3 HCl (g)	280	250
3/4 SnCl₄ (fl) + 3 H₂ (g)	→ 3/4 SnH₄ (fl) + 3 HCl (g)	220	180

Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und folglich ist es beabsichtigt, dass Abweichungen, welche nicht von dem Geist der vorliegenden Erfindung abweichen, in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Solche Abweichungen werden nicht als eine Abkehr vom Geist und von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1142589 [0062]
- DE 1095797 [0064]
- US 3024091 [0070]
- DE 2804445 [0071]
- GB 866522 [0077]
- GB 861760 [0078]

Claims

Verfahren zum Herstellen von Borazan aus Bor-Stickstoff und Bor-Stickstoff-Wasserstoff enthaltenden BNH-Abfallprodukten umfassend: a) Reagieren der BNH-Abfallprodukte mit einem Wasserstoffhalogenid mit der Formel HX, um jede der folgenden Verbindungen herzustellen: ein Bortrihalogenid mit der Formel BX₃, ein Ammoniumhalogenid mit der Formel NH₄X und Wasserstoff, b) Reagieren des Bortrihalogenids mit Wasserstoff, um Diboran mit der Formel B₂H₆ und Wasserstoffhalogenid zu bilden, c) Umsetzen des Ammoniumhalogenids zu Ammoniak mit der Formel NH₃ sowie Wasserstoffhalogenid und d) Reagieren des Diborans mit Ammoniak, um Borazan mit der Formel BH₃NH₃ zu bilden, worin H Wasserstoff ist, worin B Bor ist, worin N Stickstoff ist und worin X aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus F, Cl, Br, I und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das BNH-Abfallprodukt von dem Schritt (a) durch Reagieren des BNH-Abfallprodukts mit gasförmigem Wasserstoffhalogenid zu gasförmigem Bortrihalogenid und festem Ammoniumhalogenid umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das BNH-Abfallprodukt zu Ammoniumhalogenid und zu einer teilweise hydrierten Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y gleich 1 oder 2 ist, umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das BNH-Abfallprodukt des Schritts (a) durch Reagieren von Wasserstoffhalogenid mit einer Aufschlämmung des BNH-Abfallprodukts in einem organischen Lösemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glyme, Diglyme, Triglyme, substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und geradkettiger oder verzweigter C₁-C₄-Alkylgruppen ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig voneinander aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon, zu Bortrihalogenid und zu Ammoniumhalogenid umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Aufschlämmung des BNH-Abfallprodukts zu Ammoniumhalogenid und zu einem Komplex des Bortrihalogenids mit einem Lösemittelmolekül umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Aufschlämmung des BNH-Abfallprodukts zu Ammoniumhalogenid und zu einer teilweise hydrierten Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y 1 oder 2 ist, oder einem gelösten Komplex einer Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y 1 oder 2 ist, mit einem Lösemittelmolekül umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bortrihalogenid von Schritt (b) in Lösung in der Gegenwart einer Base hydriert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Base aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Verbindungen mit der Formel NR₃, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff, geradkettigen oder verzweigten C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, oder Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Base aus Stickstoff enthaltenden heterozyklischen Verbindungen zusammengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Hydrierung des Bortrihalogenids in der Gegenwart einer Base durchgeführt wird und einen gelösten BH₃-Base-Komplex bildet, wobei die Base aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus heterozyklischen Verbindungen, Verbindungen mit der Formel NR₃, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff, geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Hydrierung von Bortrihalogenid in der Gegenwart einer Base durchgeführt wird und ein festes Base-Wasserstoffhalogenid-Nebenprodukt bildet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Hydrierung von Bortrihalogenid in der Gegenwart eines homogenen Hydrierungskatalysators durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Lösemittel eine Base ist, welche aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus heterozyklischen Verbindungen, Verbindungen mit der Formel NR₃, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff, geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierten und substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Lösemittel ein Komplex mit der Formel BH₃NR₃ ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Diboran durch Reagieren mit frischem Bortrichlorid aus einer Reaktionsmischung, welche den gelösten BH₃-Base-Komplex enthält, entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das feste Base-Wasserstoffhalogenid-Nebenprodukt für die Verwendung in dem Schritt (c) bzw. in dem Schritt (a) zu der Base und zu dem Wasserstoffhalogenid recycelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Herstellung von Ammoniak in dem Schritt (c) durch Reagieren einer Aufschlämmung von Ammoniumhalogenid mit einer Base gefördert wird, wobei die Base aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus heterozyklischen Verbindungen, Verbindungen mit der Formel NR₃, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff, geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₆-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Reaktion des Ammoniumhalogenids mit einer Base zu der Bildung eines Base-Wasserstoffhalogenid-Nebenprodukts führt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Base-Wasserstoffhalogenid-Nebenprodukt für die Verwendung in dem Schritt (b) bzw. in dem Schritt (a) zu der Base und zu Wasserstoffhalogenid recycelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (d) durch Reagieren von gefrorenem flüssigem Ammoniak und gasförmigem Diboran durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (d) in einem organischen Lösemittel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (d) in einem organischen Lösemittel durchgeführt wird, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Glyme, Diglyme, Triglyme, substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen mit der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und geradkettiger oder verzweigter C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig voneinander aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren zum Herstellen von Borazan aus Bor-Stickstoff und Bor-Stickstoff-Wasserstoff enthaltenden BNH-Abfallprodukten, umfassend: a) Reagieren der BNH-Abfallprodukte mit einem Wasserstoffhalogenid mit der Formel HX, um ein Bortrihalogenid mit der Formel BX₃ und Ammoniumhalogenid mit der Formel NH₄X zu bilden, b) Reagieren des Bortrihalogenids mit einer Hydrid spendenden Siliziumverbindung, um Diboran B₂H₆ und ein Silizium enthaltendes Nebenprodukt zu bilden, c) Umsetzen des Ammoniumhalogenids zu Ammoniak mit der Formel NH₃ sowie Wasserstoffhalogenid, d) Reagieren des Diborans mit Ammoniak, um Borazan mit der Formel BH₃NH₃ zu bilden, und e) Reagieren des Nebenprodukts von Schritt (b) mit Wasserstoff, um Wasserstoffhalogenid und eine Hydrid spendende Siliziumverbindung zu bilden, worin H Wasserstoff ist, worin B Bor ist, worin N Stickstoff ist und worin X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen hiervon.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das BNH-Abfallprodukt des Schritts (a) durch Reagieren des BNH-Abfallprodukts mit gasförmigem Wasserstoffhalogenid zu gasförmigem Bortrihalogenid und festem Ammoniumhalogenid umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das BNH-Abfallprodukt zu Ammoniumhalogenid und zu einer teilweise hydrierten Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y gleich 1 oder 2 ist, umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das BNH-Abfallprodukt des Schritts (a) zu Bortrihalogenid und zu Ammoniumhalogenid umgesetzt wird durch Reagieren von Wasserstoffhalogenid mit einer Aufschlämmung von BNH-Abfallprodukt in einem organischen Lösemittel, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Glyme, Diglyme, Triglyme, substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und geradkettiger oder verzweigter C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig voneinander aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Aufschlämmung von BNH-Abfallprodukt zu Ammoniumhalogenid und zu einem Komplex des Borontrihalogenids mit einem Lösemittelmolekül umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Aufschlämmung des BNH-Abfallprodukts zu Ammoniumhalogenid und zu einer teilweise hydrierten Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y 1 oder 2 ist, oder einem gelösten Komplex einer Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y 1 oder 2 ist, mit einem Lösemittelmolekül umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Bortrihalogenid von dem Schritt (b) in Lösung in der Gegenwart einer Base hydriert wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Bortrihalogenid des Schritts (b) mit einer Siliziumverbindung mit der Formel SiH_yR_4-y reagiert wird, um Diboran und eine Verbindung mit der Formel SiX_yR_4-y zu erhalten, worin y 1, 2, 3 oder 4 ist und worin R unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus den Halogeniden F, Cl, Br, I und Kombinationen hiervon, aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₆-Alkylgruppen, aus unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen, aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkoxygruppen und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Siliziumverbindung aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus unsubstituierten und substituierten zyklischen Siloxanen besteht.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Bortrihalogenid in Lösung mit einer Siliziumverbindung reagiert wird, um Diboran zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Lösemittel aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Glyme, Diglyme, Triglyme, substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und geradkettiger oder verzweigter C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig voneinander aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Bortrihalogenid zu einem gelösten Komplex von Bor mit einem Lösemittelmolekül umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Nebenprodukt des Schritts (b) durch Reagieren desselben mit Wasserstoff recycelt wird, um das in dem Schritt (a) bzw. in dem Schritt (b) eingesetzte Wasserstoffhalogenid und die Hydrid spendende Siliziumverbindung zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt (d) durch Reagieren von gefrorenem flüssigem Ammoniak und gasförmigem Diboran durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt (d) in einem organischen Lösemittel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt (d) in einem organischen Lösemittel durchgeführt wird, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Glyme, Diglyme, Triglyme, substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen mit der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und geradkettiger oder verzweigter C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig voneinander aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren zum Herstellen von Borazan aus Bor-Stickstoff und Bor-Stickstoff-Wasserstoff enthaltenden BNH-Abfallprodukten umfassend: a) Reagieren der BNH-Abfallprodukte mit einem Wasserstoffhalogenid mit der Formel HX, um ein Bortrihalogenid mit der Formel BX₃ sowie Ammoniumhalogenid mit der Formel NH₄X zu bilden, b) Reagieren des Bortrihalogenids mit einem Metallhydrid, um Diboran B₂H₆ sowie ein Metall enthaltendes Nebenprodukt zu bilden, c) Umsetzen des Ammoniumhalogenids zu Ammoniak mit der Formel NH₃ sowie Wasserstoffhalogenid, d) Reagieren des Diborans mit Ammoniak, um Borazan mit der Formel BH₃NH₃ zu bilden, sowie e) Reagieren des Nebenprodukts des Schritts (b) mit Wasserstoff, um Wasserstoffhalogenid und ein Metallhydrid zu bilden, worin H Wasserstoff ist, worin B Bor ist, worin N Stickstoff ist, worin M ein Metall ist und worin X aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus F, Cl, Br, I und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei die BNH-Abfallprodukte des Schritts (a) durch Reagieren der BNH-Abfallprodukte mit gasförmigem Wasserstoffhalogenid zu gasförmigem Bortrihalogenid und festem Ammoniumhalogenid umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei die BNH-Abfallprodukte zu Ammoniumhalogenid und einer teilweise hydrierten Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y gleich 1 oder 2 ist, umgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei die BNH-Abfallprodukte des Schritts (a) zu Bortrihalogenid und Ammoniumhalogenid umgesetzt werden durch Reagieren von Wasserstoffhalogenid mit einer Aufschlämmung von BNH-Abfallprodukt in einem organischen Lösemittel, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Glyme, Diglyme, Triglyme, substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und geradkettiger oder verzweigter C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei die Aufschlämmung der BNH-Abfallprodukte zu Ammoniumhalogenid und zu einem Komplex des Bortrihalogenids mit einem Lösemittelmolekül umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei die Aufschlämmung von BNH-Abfallprodukt zu Ammoniumhalogenid und zu einer teilweise hydrierten Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y 1 oder 2 ist, oder einem gelösten Komplex einer Borverbindung mit der Formel BH_yX_3-y, worin y 1 oder 2 ist, mit einem Lösemittelmolekül umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Metallhydrid aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus LiH, NaH, KH, MgH₂, CaH₂, ZnH₂, TiH₂, AlH₃, GaH₃ und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 45, wobei das Bortrihalogenid mit einer Suspension von aktiviertem MgH₂ reagiert wird.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das Lösemittel aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Glyme, Diglyme, Triglyme, substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen mit der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff und geradkettiger oder verzweigter C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unabhängig voneinander aus geradkettigen und verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 47, wobei das Bortrihalogenid zu einem gelösten Komplex von Boran mit einem Lösemittelmolekül umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Nebenprodukt des Schritts (b) durch ein Dreischrittverfahren recycelt wird, wobei der erste Schritt aus einem elektrochemischen Schritt des Herstellens des Metalls und der Halogenidverbindung aus dem Nebenprodukt besteht, der zweite Schritt aus der Reaktion der Halogenidverbindung X₂ mit Wasserstoff, um das in dem Schritt (a) verwendete Wasserstoffhalogenid zu bilden, besteht und der dritte Schritt aus der Reaktion des Metalls mit Wasserstoff besteht, um das Metallhydrid, welches in dem Schritt (b) eingesetzt wird, zu ergeben.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt (d) durch Reagieren von gefrorenem flüssigem Ammoniak und gasförmigem Diboran durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt (d) in einem organischen Lösemittel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt (d) in einem organischen Lösemittel durchgeführt wird, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Glyme, Diglyme, Triglyme, substituierten 2,2,5,5-Tetrahydrofuranen mit der Formel (CR₂CH₂CH₂CR₂)O, worin R unabhängig voneinander aus Wasserstoff oder geradkettiger oder verzweigter C₁-C₄-Alkylgruppe ausgewählt ist, Ethern der Formel ROR, worin R unab hängig voneinander aus geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₄-Alkylgruppen, unsubstituierten oder substituierten Phenylgruppen ausgewählt ist, und Kombinationen hiervon besteht.