JP2004010446A - Method for producing alkali metal boron hydride - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ金属ホウ素水素化物の新規な製造方法、特にメタホウ酸アルカリ金属塩を原料としてアルカリ金属ホウ素水素化物を製造する際に副生するアルカリ土類金属酸化物をアルカリ金属ホウ素水素化物に導き得る化合物に変換して、アルカリ金属ホウ素水素化物の効率を向上させる方法を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
アルカリ金属ホウ素水素化物、例えば水素化ホウ素ナトリウムは、還元剤又は水素化剤として広く用いられてきたが、最近これを水素発生剤又は燃料電池の燃料として用いることも試みられている。
【0003】
これまで、アルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法としては、例えば実質上無水の条件下、2分子のアルカリ金属水素化物と1分子のホウ砂とを加熱反応させる方法(特公昭42−27256号公報)、無水のホウ砂に水素及びナトリウム又は水素化ナトリウムやアルミニウム又はその合金を、温度200〜600℃、水素圧1×102〜50×102kPaで反応させる方法(特公昭43−2221号公報)、メタホウ酸塩中の金属酸化物と酸化ホウ素のモル比とは異なる割合で、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のホウ酸塩と、アルカリ金属水素化物又はアルカリ金属と水素との混合物とを100〜1000℃で反応させる方法(特公昭47−48117号公報)などの乾式方法が知られている。
【0004】
しかしながら、これらの乾式方法では、煩雑な操作で調製しなければならない原料や、金属ナトリウムのような取り扱いに危険を伴う原料を用いたり、水素圧下又は高温下で反応する必要があるため、工業的な方法としては不適当であった。
【0005】
ところで、本発明者は、このような従来方法がもつ欠点を改善した方法として、先に入手しやすいメタホウ酸アルカリ金属塩と取り扱いやすいアルカリ土類金属水素化物とをメカノケミカル技術を利用して反応させる方法(特願2000−372093号)を提案した。
しかしながら、この方法においては、副生するアルカリ土類金属酸化物、特にMgH2から水素を放出させた後の酸化物は化学的に安定化するため、それを水素化してMgH2を再生して原料として再使用することができず、アルカリ金属ホウ素水素化物を工業的に効率よく製造できないという問題が残る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情のもとで、容易に入手可能で、かつ取り扱いやすい原料を用い、マイルドな条件下で反応させることができ、しかもメタホウ酸アルカリ金属塩を原料としてアルカリ金属ホウ素水素化物を製造する際の副生物を有効利用して、高収率でアルカリ金属ホウ素水素化物を製造する方法を提供することを目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、入手しやすい原料を用い、簡単な操作でアルカリ金属ホウ素水素化物を効率よく製造する方法について種々検討した結果、アルカリ土類金属酸化物をハロゲン化したのち電気分解してアルカリ土類金属とハロゲンに変換することにより、この過程で生成させたハロゲン化水素を用い、容易にアルカリ金属ホウ素水素化物の製造に導き得るアルカリ土類金属水素化物が得られること、及びこの原料としてメタホウ酸アルカリ金属塩をアルカリ土類金属水素化物又はアルカリ土類金属と水素により水素化してアルカリ金属ホウ素水素化物を製造する際に副生するアルカリ土類金属酸化物を用いれば有効であることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、(1)、アルカリ土類金属酸化物にハロゲン化水素を反応させてアルカリ土類金属ハロゲン化物を生成させる工程、
(2)、工程(1)で得たアルカリ土類金属ハロゲン化物をアルカリ土類金属とハロゲンに電気分解する工程、
(3)、工程(2)で得たアルカリ土類金属を水素により水素化してアルカリ土類金属水素化物を生成させる工程、及び
(4)、工程(3)で得たアルカリ土類金属水素化物とメタホウ酸アルカリ金属塩とを反応させてアルカリ金属ホウ素水素化物を生成させる工程
を含むことを特徴とするアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法、及び上記原料のアルカリ土類金属酸化物としてメタホウ酸アルカリ金属塩をアルカリ土類金属水素化物又はアルカリ土類金属と水素により水素化してアルカリ金属ホウ素水素化物を製造する際の副生物を利用する方法を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明方法は、前記したように工程(1)〜(4)を含んでいる。
この工程(1)においては、メタホウ酸アルカリ金属塩を水素化反応した生成物から目的のアルカリ金属ホウ素水素化物を分離した後、副生物として残存するアルカリ土類金属酸化物をハロゲン化水素と反応させてアルカリ土類金属のハロゲン化物を生成させ、必要に応じてアルカリ土類金属ハロゲン化物を結晶析出、分離、乾燥する。この工程(1)に供されるメタホウ酸アルカリ金属塩を水素化反応した際に得られる副生物のアルカリ土類金属酸化物は、さらに微粉末化された粒子状であり、特にMgH2などのマグネシウム系水素化物を用いた場合は、粒子表面から水素を放出して水素化反応すると同時に粒子の表面近傍にのみ酸化物が形成されているために、酸化マグネシウムに対して所定濃度(比)のハロゲン化水素を用いることにより、粒子表面の酸化物が容易に除かれ、ハロゲン化マグネシウムMgX2(ただしXはハロゲン原子)が速やかに形成される。
この工程(1)において用いるハロゲン化水素としては、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素などがあり、それぞれに応じてアルカリ土類金属のフッ化物、塩化物又は臭化物が得られる。
【0010】
次に工程(2)においては、工程(1)において得られたアルカリ土類金属ハロゲン化物を用いて、不純物除去とともに無水にしたアルカリ土類金属ハロゲン化物を溶融塩電解法により電気分解する。これにより陰極にアルカリ土類金属が析出するとともに、陽極にハロゲンが生成する。例えば、無水の塩化マグネシウムMgCl2を用いて金属Mgと塩素Cl2を得る場合には、所望に応じ融点を下げるための適当な塩(NaClなど)を添加して調製した所定濃度の電解浴を用い、温度700℃、槽電圧6〜8Vで電気分解すると、電流効率75〜85%が得られ、またCaCl2を用いて金属Caと塩素Cl2を得る場合には、温度780℃、槽電圧25Vで電気分解すると、電流効率65〜80%が得られる。
【0011】
なお、特公昭32−9052号公報に記載されているように、含水の塩化マグネシウムMgCl2を用いて金属Mgと塩素Cl2を得る場合には、溶融状態の電解浴中に以下の工程(4)で得た乾燥塩化水素(HCl)ガスを吹き込みつつ、含水塩化マグネシウムを供給することにより、その分解、酸化マグネシウムの生成を防止しつつ、脱水して電解せしめることもできる。
【0012】
この工程(2)で得られたアルカリ土類金属は、そのままアルカリ金属ホウ素水素化物の製造に際し、原料として水素とともに供給することもできるし、また以下のアルカリ土類金属塩化物を製造する工程(3)の原料として供給することもできる。
【0013】
また、工程(3)においては、工程(2)において得られたアルカリ土類金属を水素と反応させてアルカリ土類金属水素化物を生成させる。アルカリ土類金属は、通常加熱下に水素と接触させると安定な水素化物を与える。例えば金属カルシウム、金属バリウム、金属ストロンチウムを水素気流中で350℃以上に加熱すると、速やかに反応して水素化カルシウムになるし、また金属マグネシウムは、100μm以下に粉砕して24〜400気圧の水素圧下、300〜400℃に加熱すると水素化マグネシウムになる。
【0014】
なお、金属マグネシウムの場合、その表面は通常酸化されていて、水素化反応における初期速度が遅いため、水素化に先立って、あらかじめフッ化アルカリ水溶液でフッ化処理するのが有利である。このフッ化処理により反応速度が増大するとともに、100℃以下の低温、低圧下においても、80%以上の高収率が得られる。この際のフッ化アルカリ水溶液としては、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウムなどのフッ化アルカリを0.2〜10.0重量%の濃度で含有する水溶液をフッ化水素によりpH2.0〜6.5、好ましくは4.5〜6.0に調整したものが用いられる。
【0015】
また、本発明方法の工程(4)においては、工程(3)で得たアルカリ土類金属水素化物とメタホウ酸アルカリ金属塩とを反応させて、目的とするアルカリ金属ホウ素水素化物を生成させる。
本発明方法においては、上記工程(2)で生成したハロゲンを用いて水素との直接反応によりハロゲン化水素を生成させ、さらに必要に応じて水に吸収させて約35質量%までのハロゲン化水素酸を製造し、このようにして得たハロゲン化水素又はハロゲン化水素酸を、例えば貯留受槽に保存し、必要に応じ濃度、供給量を調整したのち、上記工程(1)へ循環し、アルカリ土類金属酸化物からアルカリ土類金属ハロゲン化物を生成するための原料として用いるのが好ましい。
【0016】
また、工程(3)に供給されてアルカリ土類金属の水素化に用いられる水素源、及び工程(2)で得たハロゲンからハロゲン化水素を製造するのに用いられる水素源は、いずれも特に制限はなく、市販品を使用することができる。
【0017】
本発明方法の原料であるアルカリ土類金属酸化物としては、メタホウ酸アルカリ金属塩をアルカリ土類金属水素化物又はアルカリ土類金属と水素により水素化してアルカリ金属ホウ素水素化物を製造する際に副生するメタホウ酸アルカリ金属塩を用い、一連のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造サイクルを構成させるのが有利である。この際用いられるメタホウ酸アルカリ金属塩の例としては、メタホウ酸ナトリウム(NaBO2)、メタホウ酸カリウム(KBO2)、メタホウ酸リチウム(LiBO2)などを挙げることができる。この中でも特に天然のホウ砂に水酸化ナトリウムを反応させたのち、脱水し、加熱乾燥することにより、簡単かつ大量に得られるメタホウ酸ナトリウムが好ましい。
【0018】
そのほか、アルカリ金属ホウ素水素化物を水素発生剤、その化学的エネルギーを直接的に電気エネルギーに変換する燃料電池の燃料又は還元剤として用いた後の残留分を脱水し、その中に含まれるメタホウ酸アルカリ金属塩を回収して用いることもできる。
このようにして回収したメタホウ酸アルカリ金属塩は、あらかじめ加熱乾燥して結晶水を1以下、好ましくは0にしたのち、水素化するのが好ましい。
【0019】
次に、このメタホウ酸アルカリ金属塩を水素化するのに用いるアルカリ土類金属水素化物としては、水素化カルシウム(CaH2)、水素化バリウム(BaH2)、水素化ストロンチウム(SrH2)があるが、特に水素化マグネシウム(MgH2)が好適である。また水素とともに用いられるアルカリ土類金属としては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)などがある。
【0020】
このメタホウ酸アルカリ金属塩とアルカリ土類金属水素化物又はアルカリ土類金属と水素とによる水素化は、高温、高圧の条件下で行うことができるが、それぞれ500μm以下、好ましくは100μm以下の微粉末にした原料を混合、接触させ、室温、大気圧下に粉砕エネルギー、摩砕エネルギー、衝撃エネルギー、超音波粉砕エネルギーなどの機械的エネルギーを加えながら反応させるのが有利であり、このようにして高収率でアルカリ金属ホウ素水素化物を得ることができる。
【0021】
この際の機械的エネルギーは、ボールミル、チューブミル、ロッドミル、アトリションミル、振動ミル、ジェットミル、マイクロナイザーなどで印加されるが、特にボールミルを用いるのが好ましい。この際に印加するエネルギーは、一般に少なくとも4kJ/g以上、好ましくは10kJ/g以上であり、例えば高回転速度でボールミル粉砕を行うほど短時間でエネルギー効率を高くすることができる。なお反応生成物は、アルカリ水溶液にアルカリ金属ホウ素水素化物を溶解して用いる、あるいは無水のエチレンジアミンなどによりアルカリ金属ホウ素水素化物を抽出分離し、乾燥する。
【0022】
図1は、メタホウ酸ナトリウム(NaBO2)と水素化マグネシウム(MgH2)から水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)を製造する方法を例として、本発明方法を組み込んだ場合の製造サイクルを示す工程図であり、NaBO2とMgH2とを反応させてNaBH4を製造する際に副生するMgOにHClを反応させてMgCl2を生成させ[工程(1)]、このMgCl2を電気分解してMgとCl2を生成させ[工程(2)]、このMgはH2と反応させてMgH2に[工程(3)]変換させる。そして、上記の工程(3)で得たMgH2はNaBO2と反応させてNaBH4を製造する。工程(2)で得たCl2はH2と反応させてHClとし、このHClは工程(1)に循環してMgOとの反応に利用する。また、工程(2)で得られるMgは、H2と混合して上記のMgH2と同様NaBH4の製造用原料に供せられる。
【0023】
このようにして、本発明方法を含む一連のNaBH4の製造サイクルを構成することにより、副生物を完全に有効利用しうるため、高い収率でNaBH4すなわちアルカリ金属ホウ素水素化物を製造することができる。
本発明方法は、特に水素化ホウ素ナトリウム又は水素化ホウ素カリウムを製造するのに好適である。
【0024】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
【0025】
実施例
図1の工程に従い、NaBH4の製造を行った。
すなわち、無水メタホウ酸ナトリウム微粉末(平均粒径75nm)と水素化マグネシウム微粉末(平均粒径100nm)とのモル比1:2の混合物3.0gを遊星型ボールミル微粉砕機[フリッチュ(Fritsch)社製,製品記号「P−5型」]に装入し、大気圧下、20℃において、ボール加速度86.5m/s2で60分間摩砕し、反応させることにより水素化ホウ素ナトリウム0.8g(無水メタホウ酸ナトリウムに基づく収率45%)及び酸化マグネシウム1.65gを得た。
次に、この酸化マグネシウム1.65gに35%濃度の塩酸15mlを加え、50℃において30分間反応させることにより塩化マグネシウム3.75gを得た。
次いで、この塩化マグネシウムに塩化ナトリウム0.1gを加え、700℃に加熱溶融して槽電圧7Vで電気分解し、金属マグネシウム0.95g及び塩素ガス2.70gを得た。
この金属マグネシウムをフッ化水素によりpH5.5に調整された5質量%濃度のフッ化カリウム水溶液10ml中に入れ、50℃において30分間処理したのち、乾燥し、80℃において水素気流中で10時間処理することにより、水素化マグネシウム0.6gを得た。
この水素化マグネシウムを微粉砕して平均粒径100nmにしたのち、新たに供給する水素化マグネシウム微粉末とともに、無水メタホウ酸ナトリウム微粉末と前記と同じ割合で混合し、水素化ホウ素ナトリウムの製造に用いたところ、何の支障もなく処理することができた。
【0026】
【発明の効果】
本発明方法によると、入手が容易で、取り扱いやすい原料を用い、高収率でアルカリ金属ホウ素水素化物を製造しうる上に、メタホウ酸アルカリ金属塩を水素化反応してアルカリ金属ホウ素水素化物を製造する方法に組み込むことにより、副生物であるアルカリ土類金属酸化物の成分全てを、循環して水素化反応に利用することができるため、副生物を系外に排出することなく、メタホウ酸アルカリ金属塩の水素化に要する水素のみを別途に供給することにより、目的とするアルカリ金属ホウ素水素化物を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を組み込んだアルカリ金属ホウ素水素化物の製造サイクルの1例を示す工程図。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a novel method for producing an alkali metal boron hydride, particularly, an alkaline earth metal oxide produced as a by-product when producing an alkali metal boron hydride using an alkali metal metaborate as a raw material. It is intended to provide a method for improving the efficiency of an alkali metal borohydride by converting it into a derivable compound.
[0002]
[Prior art]
Alkali metal borohydrides, such as sodium borohydride, have been widely used as reducing or hydrogenating agents, but recently attempts have been made to use them as hydrogen generating agents or fuels for fuel cells.
[0003]
Heretofore, as a method for producing alkali metal boron hydride, for example, a method in which two molecules of alkali metal hydride and one molecule of borax are heated and reacted under substantially anhydrous conditions (Japanese Patent Publication No. 42-27256). A method in which hydrogen and sodium or sodium hydride or aluminum or an alloy thereof are reacted with anhydrous borax at a temperature of 200 to 600 ° C. and a hydrogen pressure of 1 × 10 2 to 50 × 10 2 kPa (Japanese Patent Publication No. 43-2221). ), An alkali metal or alkaline earth metal borate and an alkali metal hydride or a mixture of alkali metal and hydrogen at a ratio different from the molar ratio of metal oxide and boron oxide in the metaborate. A dry method such as a method of reacting at -1000 ° C (JP-B-47-48117) is known.
[0004]
However, in these dry methods, it is necessary to use a raw material that must be prepared by complicated operations, a raw material that is dangerous to handle such as metallic sodium, and it is necessary to react under a hydrogen pressure or a high temperature. It was unsuitable as a method.
[0005]
By the way, the present inventor has proposed a method of improving the disadvantages of the conventional method by reacting an alkali metal metaborate, which is easily available, with an alkaline earth metal hydride, which is easy to handle, using mechanochemical technology. (Japanese Patent Application No. 2000-372093) was proposed.
However, in this method, since the by-produced alkaline earth metal oxide, particularly the oxide after releasing hydrogen from MgH 2 , is chemically stabilized, it is hydrogenated to regenerate MgH 2. The problem remains that it cannot be reused as a raw material, and the alkali metal borohydride cannot be industrially efficiently produced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Under such circumstances, the present invention uses easily available and easy-to-handle raw materials, can be reacted under mild conditions, and uses alkali metal borohydride as a raw material of alkali metal metaborate. The purpose of the present invention is to provide a method for producing an alkali metal borohydride in high yield by effectively utilizing a by-product at the time of producing the compound.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted various studies on a method for efficiently producing an alkali metal borohydride by a simple operation using easily available raw materials, and as a result, after halogenating an alkaline earth metal oxide, electrolyzing the alkaline earth metal oxide. By converting to a class of metals and halogens, it is possible to obtain an alkaline earth metal hydride that can easily lead to the production of an alkali metal boron hydride by using the hydrogen halide generated in this process. It has been found that it is effective to use an alkaline earth metal oxide by-produced in the production of an alkali metal boron hydride by hydrogenating an acid alkali metal salt with an alkaline earth metal hydride or an alkaline earth metal and hydrogen. The present invention has been accomplished based on this finding.
[0008]
That is, the present invention provides (1) a step of reacting an alkaline earth metal oxide with hydrogen halide to produce an alkaline earth metal halide;
(2) electrolyzing the alkaline earth metal halide obtained in step (1) into an alkaline earth metal and a halogen,
(3) a step of hydrogenating the alkaline earth metal obtained in the step (2) with hydrogen to produce an alkaline earth metal hydride, and (4) an alkaline earth metal hydride obtained in the step (3) And a method of producing an alkali metal borohydride by reacting the compound with an alkali metal metaborate, and an alkali metal borate as the alkaline earth metal oxide as the raw material, comprising: An object of the present invention is to provide a method for using a by-product in producing an alkali metal boron hydride by hydrogenating a metal salt with an alkaline earth metal hydride or an alkaline earth metal and hydrogen.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The method of the present invention includes the steps (1) to (4) as described above.
In this step (1), after the target alkali metal borohydride is separated from the product of the hydrogenation reaction of the alkali metal metaborate, the alkaline earth metal oxide remaining as a by-product is reacted with hydrogen halide. In this way, an alkaline earth metal halide is produced, and if necessary, the alkaline earth metal halide is crystallized, separated and dried. The by-product alkaline earth metal oxide obtained when the alkali metal metaborate salt subjected to the step (1) is subjected to a hydrogenation reaction is in the form of finely divided particles, particularly MgH 2 or the like. When a magnesium-based hydride is used, hydrogen is released from the particle surface to cause a hydrogenation reaction, and at the same time, an oxide is formed only in the vicinity of the particle surface. By using hydrogen halide, oxides on the particle surface are easily removed, and magnesium halide MgX 2 (where X is a halogen atom) is quickly formed.
Examples of the hydrogen halide used in this step (1) include hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, and hydrogen iodide, and a fluoride, chloride or bromide of an alkaline earth metal is obtained according to each. .
[0010]
Next, in the step (2), using the alkaline earth metal halide obtained in the step (1), the alkaline earth metal halide which has been made anhydrous while removing impurities is electrolyzed by a molten salt electrolysis method. As a result, an alkaline earth metal is deposited on the cathode, and halogen is generated on the anode. For example, when obtaining metal Mg and chlorine Cl 2 using anhydrous magnesium chloride MgCl 2 , an electrolytic bath having a predetermined concentration prepared by adding an appropriate salt (NaCl or the like) for lowering the melting point as needed is used. When electrolysis is performed at a temperature of 700 ° C. and a cell voltage of 6 to 8 V, a current efficiency of 75 to 85% is obtained. When metal Ca and chlorine Cl 2 are obtained using CaCl 2 , a temperature of 780 ° C. and a cell voltage of Electrolysis at 25V gives a current efficiency of 65-80%.
[0011]
As described in Japanese Patent Publication No. 32-9052, when metal Mg and chlorine Cl 2 are obtained using hydrous magnesium chloride MgCl 2 , the following steps (4) are carried out in a molten electrolytic bath. By supplying the hydrous magnesium chloride while blowing the dry hydrogen chloride (HCl) gas obtained in the above), it is possible to dehydrate and electrolyze while preventing its decomposition and generation of magnesium oxide.
[0012]
The alkaline earth metal obtained in this step (2) can be supplied together with hydrogen as a raw material in the production of alkali metal boron hydride as it is, or the following step of producing an alkaline earth metal chloride ( It can also be supplied as a raw material of 3).
[0013]
In the step (3), the alkaline earth metal obtained in the step (2) is reacted with hydrogen to generate an alkaline earth metal hydride. Alkaline earth metals usually provide stable hydrides when contacted with hydrogen under heating. For example, when calcium metal, metal barium, and metal strontium are heated to 350 ° C. or more in a hydrogen stream, they react quickly to form calcium hydride, and metal magnesium is pulverized to 100 μm or less and hydrogenated at 24 to 400 atm. When heated to 300 to 400 ° C. under pressure, it becomes magnesium hydride.
[0014]
In the case of metallic magnesium, since its surface is usually oxidized and the initial rate in the hydrogenation reaction is low, it is advantageous to carry out fluorination treatment with an aqueous alkali fluoride solution before hydrogenation. The fluorination treatment increases the reaction rate, and a high yield of 80% or more can be obtained even at a low temperature and low pressure of 100 ° C. or less. In this case, the aqueous solution containing alkali fluoride such as sodium fluoride, potassium fluoride and ammonium fluoride at a concentration of 0.2 to 10.0% by weight is adjusted to pH 2.0 with hydrogen fluoride. To 6.5, preferably 4.5 to 6.0.
[0015]
In the step (4) of the method of the present invention, the desired alkali metal borohydride is produced by reacting the alkaline earth metal hydride obtained in the step (3) with the alkali metal metaborate.
In the method of the present invention, a hydrogen halide is produced by a direct reaction with hydrogen using the halogen produced in the above step (2) and, if necessary, absorbed in water to produce a hydrogen halide of up to about 35% by mass. An acid is produced, and the thus obtained hydrogen halide or hydrohalic acid is stored in, for example, a storage tank, and after adjusting the concentration and the supply amount as necessary, it is circulated to the above step (1), It is preferably used as a raw material for producing an alkaline earth metal halide from an earth metal oxide.
[0016]
In addition, the hydrogen source supplied to the step (3) and used for hydrogenation of the alkaline earth metal and the hydrogen source used for producing the hydrogen halide from the halogen obtained in the step (2) are both particularly There is no limitation, and commercial products can be used.
[0017]
Examples of the alkaline earth metal oxide as a raw material of the method of the present invention include an alkali metal borohydride or an alkaline earth metal hydride that is hydrogenated with an alkaline earth metal and hydrogen to produce an alkali metal boron hydride. It is advantageous to use the resulting alkali metal metaborate to form a series of alkali metal borohydride production cycles. Examples of the alkali metal metaborate used at this time include sodium metaborate (NaBO 2 ), potassium metaborate (KBO 2 ), and lithium metaborate (LiBO 2 ). Of these, sodium metaborate, which is obtained in a simple and large amount by reacting sodium hydroxide with natural borax, followed by dehydration and heat drying, is particularly preferable.
[0018]
In addition, the residue after using alkali metal boron hydride as a hydrogen generator, a fuel or a reducing agent for a fuel cell that directly converts its chemical energy into electric energy is dehydrated, and metaboric acid contained therein is dehydrated. The alkali metal salt can be recovered and used.
The thus recovered alkali metal metaborate is preferably heated and dried in advance to reduce the water of crystallization to 1 or less, preferably 0, and then hydrogenated.
[0019]
Next, examples of the alkaline earth metal hydride used for hydrogenating the alkali metal metaborate include calcium hydride (CaH 2 ), barium hydride (BaH 2 ), and strontium hydride (SrH 2 ). However, magnesium hydride (MgH 2 ) is particularly preferred. Alkaline earth metals used with hydrogen include magnesium (Mg), calcium (Ca), barium (Ba), strontium (Sr), and the like.
[0020]
This hydrogenation with an alkali metal metaborate and an alkaline earth metal hydride or an alkaline earth metal and hydrogen can be carried out under high-temperature and high-pressure conditions, each of which has a fine powder of 500 μm or less, preferably 100 μm or less. It is advantageous to mix and contact the raw materials, and to react them at room temperature and atmospheric pressure while applying mechanical energy such as grinding energy, grinding energy, impact energy, and ultrasonic grinding energy. Alkali metal borohydride can be obtained in a yield.
[0021]
The mechanical energy at this time is applied by a ball mill, a tube mill, a rod mill, an attrition mill, a vibration mill, a jet mill, a micronizer, or the like, and it is particularly preferable to use a ball mill. The energy applied at this time is generally at least 4 kJ / g or more, preferably at least 10 kJ / g. For example, the energy efficiency can be increased in a shorter time as ball milling is performed at a higher rotation speed. The reaction product is obtained by dissolving an alkali metal borohydride in an aqueous alkali solution, or extracting and separating the alkali metal borohydride with anhydrous ethylenediamine and drying.
[0022]
FIG. 1 is a process diagram showing a production cycle in which the method of the present invention is incorporated by taking, as an example, a method for producing sodium borohydride (NaBH 4 ) from sodium metaborate (NaBO 2 ) and magnesium hydride (MgH 2 ). , and the by reacting HCl to MgO by-produced during the production of NaBH 4 is reacted with NaBO 2 and MgH 2 to generate MgCl 2 [step (1)], the MgCl 2 by electrolyzing Mg and Cl 2 are generated [Step (2)], and the Mg is reacted with H 2 to be converted into MgH 2 [Step (3)]. Then, the MgH 2 obtained in the above step (3) is reacted with NaBO 2 to produce NaBH 4 . The Cl 2 obtained in the step (2) is reacted with H 2 to form HCl, and the HCl is circulated to the step (1) and used for the reaction with MgO. The Mg obtained in the step (2) is mixed with H 2 and supplied to a raw material for producing NaBH 4 in the same manner as the above-mentioned MgH 2 .
[0023]
In this manner, by constructing a series of production cycles of NaBH 4 including the method of the present invention, by-products can be completely and effectively used, so that NaBH 4, that is, alkali metal boron hydride can be produced in high yield. Can be.
The method of the present invention is particularly suitable for producing sodium borohydride or potassium borohydride.
[0024]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
[0025]
Example Production of NaBH 4 was performed according to the process shown in FIG.
That is, 3.0 g of a mixture of anhydrous sodium metaborate fine powder (average particle diameter of 75 nm) and magnesium hydride fine powder (average particle diameter of 100 nm) at a molar ratio of 1: 2 was mixed with a planetary ball mill fine grinder [Fritsch] Company, product symbol "P-5"], and ground at 20 ° C. under atmospheric pressure at a ball acceleration of 86.5 m / s 2 for 60 minutes to react. 8 g (yield 45% based on anhydrous sodium metaborate) and 1.65 g of magnesium oxide were obtained.
Next, 15 ml of 35% strength hydrochloric acid was added to 1.65 g of the magnesium oxide, and reacted at 50 ° C. for 30 minutes to obtain 3.75 g of magnesium chloride.
Then, 0.1 g of sodium chloride was added to the magnesium chloride, heated and melted at 700 ° C., and electrolyzed at a cell voltage of 7 V to obtain 0.95 g of metallic magnesium and 2.70 g of chlorine gas.
This metallic magnesium is put into 10 ml of a 5% by mass aqueous solution of potassium fluoride adjusted to pH 5.5 with hydrogen fluoride, treated at 50 ° C. for 30 minutes, dried, and then dried at 80 ° C. in a hydrogen stream for 10 hours. By the treatment, 0.6 g of magnesium hydride was obtained.
This magnesium hydride is pulverized to an average particle diameter of 100 nm, and then mixed with anhydrous magnesium metaborate fine powder in the same ratio as described above, together with a newly supplied magnesium hydride fine powder, to produce sodium borohydride. When used, it could be processed without any hindrance.
[0026]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, easily available, using a raw material that is easy to handle, in addition to being able to produce an alkali metal borohydride in high yield, in addition to hydrogenating an alkali metal metaborate to form an alkali metal borohydride By incorporating into the production method, all the components of the alkaline earth metal oxide, which is a by-product, can be circulated and used for the hydrogenation reaction. By separately supplying only hydrogen required for hydrogenation of the alkali metal salt, the target alkali metal boron hydride can be efficiently produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing one example of a production cycle of an alkali metal borohydride incorporating the method of the present invention.
Claims (10)
(2)、工程(1)で得たアルカリ土類金属ハロゲン化物をアルカリ土類金属とハロゲンに電気分解する工程、
(3)、工程(2)で得たアルカリ土類金属を水素により水素化してアルカリ土類金属水素化物を生成させる工程、及び
(4)、工程(3)で得たアルカリ土類金属水素化物とメタホウ酸アルカリ金属塩とを反応させてアルカリ金属ホウ素水素化物を生成させる工程
を含むことを特徴とするアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。(1) a step of reacting an alkaline earth metal oxide with hydrogen halide to produce an alkaline earth metal halide;
(2) electrolyzing the alkaline earth metal halide obtained in step (1) into an alkaline earth metal and a halogen,
(3) a step of hydrogenating the alkaline earth metal obtained in the step (2) with hydrogen to produce an alkaline earth metal hydride, and (4) an alkaline earth metal hydride obtained in the step (3) And producing an alkali metal borohydride by reacting the compound with an alkali metal metaborate.
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