RU2803219C2 - Method for producing sodium borohydride - Google Patents

Method for producing sodium borohydride Download PDF

Info

Publication number
RU2803219C2
RU2803219C2 RU2022102387A RU2022102387A RU2803219C2 RU 2803219 C2 RU2803219 C2 RU 2803219C2 RU 2022102387 A RU2022102387 A RU 2022102387A RU 2022102387 A RU2022102387 A RU 2022102387A RU 2803219 C2 RU2803219 C2 RU 2803219C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sodium
aluminum
reaction
sbh
sodium borohydride
Prior art date
Application number
RU2022102387A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2022102387A (en
Inventor
Каору СУГИТА
Юдзи ООТА
Рене Ё АБЭ
Такума ХАТИСУ
Такэхиро МАЦУНАГА
Original Assignee
Ниппон Лайт Метал Компани, Лтд.
Нэшнл Инститьют Оф Адванст Индастриал Сайенс Энд Текнолоджи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ниппон Лайт Метал Компани, Лтд., Нэшнл Инститьют Оф Адванст Индастриал Сайенс Энд Текнолоджи filed Critical Ниппон Лайт Метал Компани, Лтд.
Publication of RU2022102387A publication Critical patent/RU2022102387A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2803219C2 publication Critical patent/RU2803219C2/en

Links

Abstract

FIELD: production of sodium borohydride.
SUBSTANCE: group of inventions can be used as a carrier and source of hydrogen. The method for producing sodium borohydride includes the reaction of sodium borate and aluminum powder in an atmosphere of hydrogen gas with stirring at a temperature not lower than 400°C and not higher than 560°C. The molar ratio of sodium contained in sodium borate to boron contained in sodium borate is more than 1.0. Embodiments of the method for obtaining sodium borohydride are proposed.
EFFECT: group of inventions makes it possible to simplify the production of sodium borohydride using aluminum as a reducing agent.
7 cl, 12 dwg, 6 tbl, 26 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретенияField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к способу получения боргидрида натрия и, более конкретно, к способу получения боргидрида натрия из метабората натрия.The present invention relates to a method for producing sodium borohydride and, more particularly, to a method for producing sodium borohydride from sodium metaborate.

Известный уровень техникиPrior Art

Водородное топливо к настоящему времени привлекло к себе внимание в качестве альтернативного источника энергии по отношению к углеводородному топливу. Боргидрид натрия (SBH) представляет собой многообещающий носитель водорода для хранения и транспортировки водорода, а также в качестве источника водорода. Широкое распространение боргидрида натрия в качестве носителя водорода требует создания оптимального способа получения боргидрида натрия с перспективой разработки технологии массового получения.Hydrogen fuel has now attracted attention as an alternative energy source to hydrocarbon fuels. Sodium borohydride (SBH) is a promising hydrogen carrier for hydrogen storage and transport, and as a source of hydrogen. The widespread use of sodium borohydride as a hydrogen carrier requires the creation of an optimal method for producing sodium borohydride with the prospect of developing a technology for mass production.

Процессы получения боргидрида натрия были изучены традиционными способами. Например, патентный источник 1 предлагает способ получения боргидрида натрия посредством реакции триалкилбората с гидридом натрия и алюминия.The processes for producing sodium borohydride have been studied by traditional methods. For example, Patent Reference 1 proposes a method for producing sodium borohydride by reacting a trialkyl borate with sodium aluminum hydride.

Патентный источник 2 предлагает способ получения боргидрида натрия, содержащий стадию реакции метабората натрия с гранулированным алюминием в атмосфере водорода, с одновременным раскатыванием и измельчением метабората натрия с гранулированным алюминием с использованием среды размола, для получения боргидрида натрия.Patent Reference 2 proposes a method for producing sodium borohydride, comprising the step of reacting sodium metaborate with granulated aluminum under a hydrogen atmosphere, while simultaneously rolling and grinding the sodium metaborate with granulated aluminum using a grinding medium to obtain sodium borohydride.

Кроме того, источник непатентной литературы 1 описывает способ получения боргидрида натрия, согласно которому смесь дибората натрия (Na4B2O5) и метабората натрия вступает в реакцию с алюминием и водородом при высокой температуре (855 K (581°C), предпочтительно 873 K (599°C)) и с диборатом натрия (Na4B2O5) в расплавленном состоянии для получения боргидрида натрия.In addition, Non-Patent Literature 1 describes a method for preparing sodium borohydride, in which a mixture of sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) and sodium metaborate reacts with aluminum and hydrogen at high temperature (855 K (581°C), preferably 873 K (599°C)) and with sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) in the molten state to obtain sodium borohydride.

Список цитированных источников List of cited sources

Патентная литератураPatent literature

Патентный источник 1: US 3471268Patent source 1: US 3471268

Патентный источник 2: WO 2015/190403Patent source 2: WO 2015/190403

Непатентная литератураNon-patent literature

Непатентный источник 1: Bin Hong LIU, et al., "Sodium Borohydride Synthesis by Reaction of Na2O contained Sodium Borate with Al and Hydrogen (Способ синтеза боргидрида натрия путем реакции бората натрия, содержащего Na2O, с алюминием и водородом)", Energy & Fuels, 2007, Vol. 21, No. 3, pp. 1707-1711.Non-Patent Source 1: Bin Hong LIU, et al., "Sodium Borohydride Synthesis by Reaction of Na2O contained Sodium Borate with Al and Hydrogen", Energy & Fuels, 2007, Vol. 21, No. 3, pp. 1707-1711.

Непатентный источник 2: The Journal of Physical Chemistry C 114(15)7173-7177) march 2010.Non-patent source 2: The Journal of Physical Chemistry C 114(15)7173-7177) March 2010.

Краткое изложение существа изобретения Brief summary of the invention

Согласно способу, предлагаемому в патентном источнике 1, боргидрид натрия синтезируют восстановлением безводной буры в атмосфере водорода и, таким образом, предварительно используют гидрид натрия или металлический натрий в качестве восстановителя. Металлический натрий является дорогим.According to the method proposed in Patent Literature 1, sodium borohydride is synthesized by reducing anhydrous borax in a hydrogen atmosphere, and thus sodium hydride or sodium metal is first used as a reducing agent. Sodium metal is expensive.

Согласно способу, предлагаемому в патентном источнике 2, в реакционную секцию, которая может вращаться внутри цилиндрического корпуса реактора, загружают сухой безводный метаборат натрия (NaBO2) и гранулы алюминия диаметром около 3 мм; помещают внутрь корпуса реактора среду размола (стальные шарики диаметром около 30 мм); и проводят реакцию между этими материалами в процессе раскатывания и измельчания для получения боргидрида натрия. Вместе с растяжением во время раскатывания и измельчения происходит размалывание алюминиевых частиц до такой крайне малой толщины и размера, что дальнейшее измельчения становится затруднительным и реакция останавливается.According to the method proposed in patent reference 2, dry anhydrous sodium metaborate (NaBO 2 ) and aluminum granules with a diameter of about 3 mm are loaded into the reaction section, which can rotate inside a cylindrical reactor vessel; a grinding medium (steel balls with a diameter of about 30 mm) is placed inside the reactor vessel; and react these materials through a rolling and grinding process to produce sodium borohydride. Along with stretching during rolling and grinding, aluminum particles are ground to such an extremely small thickness and size that further grinding becomes difficult and the reaction stops.

Согласно способу, предлагаемому в непатентном источнике 1, диборат натрия (Na4B2O5) необходимо перевести в расплавленное состояние. Таким образом, этот способ требует использование оборудования, способного выдерживать высокие температуры (855 K (581°C), предпочтительно 873 K (599°C)) и высокое давление водорода 2.3 МПа, и это требование ведет к увеличению размеров реактора и повышает производственные затраты. При давлении в 1 атм. боргидрид натрия разлагается при температуре 534°C и выше (см. непатентный источник 2). Температура (599°C), которая достигается согласно приведенному выше способу, выше этой температуры разложения и вызовет частичное разложение даже в атмосфере водорода при высоком давлении.According to the method proposed in Non-Patent Literature 1, sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) needs to be converted into a molten state. Thus, this method requires the use of equipment capable of withstanding high temperatures (855 K (581°C), preferably 873 K (599°C)) and high hydrogen pressure of 2.3 MPa, and this requirement leads to larger reactor sizes and higher production costs . At a pressure of 1 atm. sodium borohydride decomposes at temperatures of 534°C and above (see non-patent reference 2). The temperature (599°C) which is achieved according to the above method is higher than this decomposition temperature and will cause partial decomposition even in a hydrogen atmosphere at high pressure.

Настоящее изобретение было разработано в свете существующих проблем известного уровня техники, обсуждаемых выше. Поэтому целью настоящего изобретения является создание способа получения боргидрида натрия, позволяющего синтезировать боргидрид натрия по простой схеме с использованием недорого алюминия в качестве восстановителя.The present invention has been developed in light of the existing problems in the prior art discussed above. Therefore, the purpose of the present invention is to create a method for the preparation of sodium borohydride, allowing the synthesis of sodium borohydride in a simple manner using inexpensive aluminum as a reducing agent.

Способ получения боргидрида натрия, согласно первому аспекту, включает проведение реакции бората натрия и алюминиевого порошка в атмосфере газообразного водорода при перемешивании и температуре не ниже 400°C и не выше 560°C, и при мольном отношении натрия, содержащегося в борате натрия, к бору, содержащемуся в борате натрия, более 0,5.The method for producing sodium borohydride, according to the first aspect, includes reacting sodium borate and aluminum powder in an atmosphere of hydrogen gas with stirring and a temperature of not lower than 400°C and not higher than 560°C, and at a molar ratio of sodium contained in sodium borate to boron , contained in sodium borate, more than 0.5.

Согласно первому аспекту, способ получения боргидрида натрия может дополнительно включать добавление оксида щелочного металла или оксида щелочноземельного металла, причем мольное отношение числа молей любого щелочного металла и щелочноземельного металла плюс любого щелочного металла и щелочноземельного металла, содержащегося в борате натрия, к числу молей бора, содержащегося в борате натрия, может быть более 0,5 и не более 3.According to a first aspect, the method for producing sodium borohydride may further comprise adding an alkali metal oxide or an alkaline earth metal oxide, wherein the molar ratio of the number of moles of any alkali metal and alkaline earth metal plus any alkali metal and alkaline earth metal contained in the sodium borate to the number of moles of boron contained in sodium borate, may be more than 0.5 and not more than 3.

Согласно первому аспекту, способ получения боргидрида натрия может дополнительно включать добавление гидроксида щелочного металла, причем мольное отношение любого щелочного металла, содержащегося в гидроксиде щелочного металла и борате натрия, к числу молей бора, содержащегося в борате натрия, может быть более 0,5 и не более 3.According to the first aspect, the method for producing sodium borohydride may further include adding an alkali metal hydroxide, wherein the mole ratio of any alkali metal contained in the alkali metal hydroxide and sodium borate to the number of moles of boron contained in the sodium borate may be more than 0.5 and not more than 3.

Способ получения боргидрида натрия согласно второму аспекту включает: дегидратацию смеси, включающей гидроксид щелочного металла, борат натрия и алюминиевый порошок, в статическом состоянии при температуре не ниже 400°C в атмосфере газообразного водорода; окисление алюминиевого порошка посредством реакции с водой с образованием слоя оксида натрия и алюминия, расположенного от поверхности внутрь частиц алюминия, этот слой оксида натрия и алюминия представлен химической формулой (I) ниже; и проведение реакции смеси при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C при перемешивании,The method for producing sodium borohydride according to the second aspect includes: dehydrating a mixture comprising alkali metal hydroxide, sodium borate and aluminum powder in a static state at a temperature of not less than 400°C in an atmosphere of hydrogen gas; oxidizing aluminum powder by reacting with water to form a layer of sodium and aluminum oxide extending from the surface to the interior of the aluminum particles, this layer of sodium and aluminum oxide is represented by chemical formula (I) below; and carrying out the mixture reaction at a temperature not lower than 400°C and not higher than 560°C with stirring,

xNa2O·Al2O3 … (I)xNa 2 O Al 2 O 3 … (I)

где 0 < x < 1.where 0 < x < 1.

Способ получения боргидрида натрия согласно третьему аспекту включает: дегидратацию смеси, включающей гидроксид щелочного металла, борат натрия и алюминиевый порошок, в статическом состоянии в реакторе, нагрев этого реактора до температуры не ниже 400°C при пониженном давлении; окисление алюминиевого порошка посредством реакции с водой для образования слоя оксида натрия и алюминия, расположенного от поверхности внутрь частиц алюминия, этот слой оксида натрия и алюминия представлен химической формулой (I) ниже; и проведение реакции смеси при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C в атмосфере газообразного водорода при перемешивании,The method for producing sodium borohydride according to the third aspect includes: dehydrating a mixture comprising alkali metal hydroxide, sodium borate and aluminum powder in a static state in a reactor, heating the reactor to a temperature of not less than 400°C under reduced pressure; oxidizing aluminum powder by reacting with water to form a layer of sodium and aluminum oxide located from the surface to the interior of the aluminum particles, this layer of sodium and aluminum oxide is represented by chemical formula (I) below; and carrying out the reaction of the mixture at a temperature of not lower than 400°C and not higher than 560°C in an atmosphere of hydrogen gas with stirring,

xNa2O·Al2O3 … (I)xNa 2 O Al 2 O 3 … (I)

где 0 < x < 1.where 0 < x < 1.

Согласно первому, второму и третьему аспекту, мольное отношение алюминия к бору, содержащемуся в борате натрия может быть не менее 1,33.According to the first, second and third aspect, the mole ratio of aluminum to boron contained in sodium borate may be not less than 1.33.

Первый или второй аспекты могут предложить способ получения боргидрида натрия, не требующий использования какого-либо крупногабаритного или сложного оборудования.The first or second aspects may provide a method for producing sodium borohydride that does not require the use of any large or complex equipment.

Кроме того, третий аспект может предложить способ получения боргидрида натрия, не требующий использования какого-либо крупногабаритного или усложненного оборудования даже в случае, когда ингредиенты содержат много воды.In addition, the third aspect may provide a method for producing sodium borohydride that does not require the use of any large or complicated equipment even when the ingredients contain a lot of water.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 представляет технологическую схему синтеза боргидрида натрия (SBH) из бората натрия в качестве ингредиента;Fig. 1 is a flow chart for the synthesis of sodium borohydride (SBH) from sodium borate as an ingredient;

фиг. 2 представляет технологическую схему синтеза метабората натрия из буры в качестве ингредиента и синтеза боргидрида натрия (SBH) из метабората натрия в качестве ингредиента;fig. 2 is a flow chart for the synthesis of sodium metaborate from borax as an ingredient and the synthesis of sodium borohydride (SBH) from sodium metaborate as an ingredient;

фиг. 3 представляет частичный вид сечения, иллюстрирующий пример герметичного реактора, используемого в одном из осуществлений;fig. 3 is a partial sectional view illustrating an example of a sealed reactor used in one embodiment;

фиг. 4 представляет частичный вид сечения, иллюстрирующий другой пример герметичного реактора, используемого в одном из осуществлений;fig. 4 is a partial sectional view illustrating another example of a sealed reactor used in one embodiment;

фиг. 5A представляет частичный вид сечения, иллюстрирующий другой пример герметичного реактора, используемого в одном из осуществлений;fig. 5A is a partial sectional view illustrating another example of a sealed reactor used in one embodiment;

фиг. 5B представляет частичный вид сечения, иллюстрирующий другой пример герметичного реактора, используемого в одном из осуществлений;fig. 5B is a partial sectional view illustrating another example of a sealed reactor used in one embodiment;

фиг. 6 представляет технологическую схему синтеза боргидрида натрия (SBH) из метабората натрия в качестве ингредиента, включающего удаление воды в атмосфере водорода;fig. 6 is a flow chart for the synthesis of sodium borohydride (SBH) from sodium metaborate as an ingredient, including removal of water under a hydrogen atmosphere;

фиг. 7 представляет технологическую схему синтеза боргидрида натрия (SBH) из метабората натрия в качестве ингредиента, включающего удаление воды посредством высушивания при пониженном давлении без введения водорода с последующим проведением реакции в атмосфере водорода;fig. 7 is a flow chart for the synthesis of sodium borohydride (SBH) from sodium metaborate as an ingredient, including removing water by drying under reduced pressure without introducing hydrogen, followed by reacting under a hydrogen atmosphere;

фиг. 8A представляет упрощенную схему реакции, иллюстрирующую один из этапов реакции синтеза боргидрида натрия (SBH);fig. 8A is a simplified reaction scheme illustrating one of the reaction steps for the synthesis of sodium borohydride (SBH);

фиг. 8B представляет упрощенную схему реакции, иллюстрирующую один из этапов реакции синтеза боргидрида натрия (SBH);fig. 8B is a simplified reaction scheme illustrating one of the reaction steps for the synthesis of sodium borohydride (SBH);

фиг. 8C представляет упрощенную схему реакции, иллюстрирующую один из этапов реакции синтеза боргидрида натрия (SBH);fig. 8C is a simplified reaction scheme illustrating one of the reaction steps for the synthesis of sodium borohydride (SBH);

фиг. 8D представляет упрощенную схему реакции, иллюстрирующую один из этапов реакции синтеза боргидрида натрия (SBH);fig. 8D is a simplified reaction scheme illustrating one of the reaction steps for the synthesis of sodium borohydride (SBH);

фиг. 8E представляет упрощенную схему реакции, иллюстрирующую один из этапов реакции синтеза боргидрида натрия (SBH);fig. 8E is a simplified reaction scheme illustrating one of the reaction steps for the synthesis of sodium borohydride (SBH);

фиг. 8F представляет упрощенную схему реакции, иллюстрирующую один из этапов реакции синтеза боргидрида натрия (SBH);fig. 8F is a simplified reaction scheme illustrating one of the reaction steps for the synthesis of sodium borohydride (SBH);

фиг. 8G представляет упрощенную схему реакции, иллюстрирующую один из этапов реакции синтеза боргидрида натрия (SBH);fig. 8G is a simplified reaction scheme illustrating one of the reaction steps for the synthesis of sodium borohydride (SBH);

фиг. 9A представляет изображение, иллюстрирующее результат анализа (SEM) гранулы, приготовленной путем смешивания метабората натрия и алюминия;fig. 9A is an image illustrating an analysis result (SEM) of a granule prepared by mixing sodium metaborate and aluminum;

фиг. 9B представляет изображение в отраженных электронах, полученное в ходе реакции в тестовом примере 12, включающем добавление гидроксида натрия, вместе с результатом анализа SEM;fig. 9B shows an electron backscatter image obtained from the reaction in Test Example 12 involving the addition of sodium hydroxide along with the result of SEM analysis;

фиг. 9C представляет изображение в отраженных электронах, иллюстрирующее состояние после завершения реакции в тестовом примере 12, включающем добавление гидроксида натрия;fig. 9C is an electron backscatter image illustrating the state after completion of the reaction in Test Example 12 including addition of sodium hydroxide;

фиг. 10A представляет изображение в отраженных электронах, полученное в ходе реакции в тестовом примере 12 до элементного анализа SEM;fig. 10A is an electron backscatter image obtained from the reaction in Test Example 12 prior to SEM elemental analysis;

фиг. 10B представляет изображение после анализа SEM, иллюстрирующее позиции точек анализа и результаты определения химических веществ;fig. 10B is an image after SEM analysis illustrating positions of analysis points and determination results of chemicals;

фиг. 10C представляет таблицу, иллюстрирующую результаты (атомные доли (%)) для точек анализа SEM, получаемые после анализа изображения, в точках, соответствующих номерам на фиг. 10A;fig. 10C is a table illustrating the results (atomic fractions (%)) of the SEM analysis points obtained after image analysis at the points corresponding to the numbers in FIG. 10A;

фиг. 11A представляет изображение в отраженных электронах по завершении реакции в тестовом примере 12 до элементного анализа изображения;fig. 11A is an electron backscatter image at the completion of the reaction in Test Example 12 prior to elemental image analysis;

фиг. 11B представляет изображение SEM, после анализа изображения;fig. 11B is an SEM image after image analysis;

фиг. 11C представляет таблицу, иллюстрирующую результаты (атомные доли (%)) для точек анализа SEM до элементного анализа изображения; иfig. 11C is a table illustrating results (atomic fractions (%)) for SEM analysis points prior to image elemental analysis; And

Фиг. 12 представляет график, иллюстрирующий процесс получения согласно способу получения боргидрида натрия в тестовом примере 11.Fig. 12 is a graph illustrating the production process according to the production method of sodium borohydride in Test Example 11.

Описание осуществленийDescription of implementations

Первое осуществлениеFirst implementation

Фиг. 1 представляет технологическую схему синтеза боргидрида натрия SBH) из бората натрия в качестве ингредиента.Fig. 1 is a flow chart for the synthesis of sodium borohydride SBH) from sodium borate as an ingredient.

В способе получения боргидрида натрия, согласно первому осуществлению, смешивают борат натрия с порошком алюминия в герметичном реакторе, заполненном газообразным водородом, и проводят реакцию смеси при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C. Порошок бората натрия и порошок алюминия вступают в реакцию каждый в твердом состоянии. Как показано на фиг. 1, способ получения боргидрида натрия, согласно первому осуществлению, включает этапы с первого этапа (S-11) по третий этап (S-13).In the method for producing sodium borohydride, according to the first embodiment, sodium borate is mixed with aluminum powder in a sealed reactor filled with hydrogen gas, and the mixture is reacted at a temperature of not lower than 400°C and not higher than 560°C. Sodium borate powder and aluminum powder each react in a solid state. As shown in FIG. 1, the method for producing sodium borohydride according to the first embodiment includes the steps of a first step (S-11) to a third step (S-13).

Борат 51 натрия в качестве боратного ингредиента на первом этапе представляет собой двойной оксид, полученный из буры, как исходного материала, путем добавления гидроксида натрия. В частности, борат натрия представляет собой двойной оксид, включающий триоксид дибора (B2O3) и оксид натрия (Na2O) с отношением Na/B в диапазоне 0,5 до 3,0. К конкретным примерам боратов натрия относятся бура (тетраборат натрия: Na2B4O7), метаборат натрия (NaBO2 (= Na2B2O4)) и диборат натрия (Na4B2O5), но не только они, как будет описано ниже. Sodium borate 51 as the borate ingredient in the first step is a double oxide obtained from borax as a starting material by adding sodium hydroxide. Specifically, sodium borate is a double oxide comprising diboron trioxide (B 2 O 3 ) and sodium oxide (Na 2 O) with a Na/B ratio in the range of 0.5 to 3.0. Specific examples of sodium borates include, but are not limited to, borax (sodium tetraborate: Na 2 B 4 O 7 ), sodium metaborate (NaBO 2 (= Na 2 B 2 O 4 )) and sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ). , as will be described below.

В таблице 1 приведен список композиций, в которых присутствуют триоксид дибора (B2O3) и оксид натрия (Na2O). Как показано в таблице 1, каждый из ингредиентов A – F бората натрия (далее также называются «ингредиенты A – F») включает борат натрия, состоящий из триоксида дибора (B2O3) и оксида натрия (Na2O), что имеет место в заданной композиции, когда увеличивается отношение количества оксида натрия (Na2O) к буре (тетраборат натрия: Na2B4O7) в качестве исходного материала.Table 1 provides a list of compositions that contain diboron trioxide (B 2 O 3 ) and sodium oxide (Na 2 O). As shown in Table 1, each of sodium borate ingredients A - F (hereinafter also referred to as "ingredients A - F") includes sodium borate, consisting of diboron trioxide (B 2 O 3 ) and sodium oxide (Na 2 O), which has place in a given composition when the ratio of sodium oxide (Na 2 O) to borax (sodium tetraborate: Na 2 B 4 O 7 ) as a starting material increases.

Таблица 1Table 1 ИнгредиентыIngredients AA BB CC DD EE FF Борат натрияSodium borate Бура Na2B4O7 Borax Na 2 B 4 O 7 Метаборат натрия (NaBO2)Sodium metaborate (NaBO 2 ) Диборат натрия (Na4B2O5)Sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) Na/BNa/B Na/B = 0,5Na/B = 0.5 0,5 < Na/B < 10.5 < Na/B < 1 Na/B = 1Na/B = 1 1 < Na/B < 21 < Na/B < 2 Na/B = 2Na/B = 2 2 < Na/B2 < Na/B КонфигурацииConfigurations B2O3-Na2O-B2O3 B 2 O 3 -Na 2 OB 2 O 3 Смесь
B2O3-Na2O-B2O3 и Nа2O
Mixture
B 2 O 3 -Na 2 OB 2 O 3 and Na 2 O
B2O3-Na2O B2O3 - Na2O Смесь
Na2O-B2O3-Na2O и B2O3-Na2O
Mixture
Na 2 OB 2 O 3 -Na 2 O and B 2 O 3 -Na 2 O
Na2O-B2O3-Na2ONa 2 OB 2 O 3 -Na 2 O Смесь
Na2O-B2O3-Na2O и Na2O
Mixture
Na 2 OB 2 O 3 -Na 2 O and Na 2 O

В таблице 1 ингредиент A является бурой. Бура существует в форме тетрабората натрия (безводный), тетрабората натрия (пентагидрат) и тетрабората натрия (декагидрат). Декагидрат буры в природе встречается в форме кристаллов. Таким образом, ингредиент A может быть выделен в виде кристаллов путем кристаллизации гидрата из раствора и выделения и сушки гидрата. In Table 1, ingredient A is brown. Borax exists in the forms of sodium tetraborate (anhydrous), sodium tetraborate (pentahydrate), and sodium tetraborate (decahydrate). Borax decahydrate occurs naturally in the form of crystals. Thus, ingredient A can be isolated into crystals by crystallizing the hydrate from a solution and isolating and drying the hydrate.

Ингредиент C представляет собой метаборат натрия (NaBO2 (= Na2B2O4)), который представляет собой борат натрия с Na/B (в молях) = 1,0, полученный путем добавления гидроксида натрия (NaOH (Na2O⋅H2O)) к буре. Метаборат натрия, представляющий собой ингредиент C, может быть выделен в виде кристаллов путем кристаллизации гидрата из раствора и выделения и сушки гидрата.Ingredient C is sodium metaborate (NaBO 2 (= Na 2 B 2 O 4 )), which is sodium borate with Na/B (in moles) = 1.0, prepared by adding sodium hydroxide (NaOH (Na 2 O⋅ H 2 O)) to borax. Sodium metaborate, which is ingredient C, can be isolated into crystals by crystallizing the hydrate from a solution and isolating and drying the hydrate.

Здесь, Na/B (в молях) представляет собой мольное отношение содержания любых щелочных металлов плюс натрий в составе бората натрия к содержанию бора (далее также обозначается как "Na/B").Here, Na/B (in moles) is the molar ratio of the content of any alkali metals plus sodium in the sodium borate composition to the content of boron (hereinafter also referred to as “Na/B”).

Ингредиент E представляет собой диборат натрия (Na4B2O5), являющийся боратом натрия с Na/B = 2,0, получаемым путем добавления гидроксида натрия (NaOH(Na2O⋅H2O)) к метаборату натрия. Диборат натрия, являющийся ингредиентом E, не может быть кристаллизован из раствора гидрата и, следовательно, не может быть выделен в виде кристаллов из водного раствора.Ingredient E is sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ), which is a sodium borate with Na/B = 2.0, obtained by adding sodium hydroxide (NaOH(Na 2 O⋅H 2 O)) to sodium metaborate. Sodium diborate, which is ingredient E, cannot be crystallized from hydrate solution and therefore cannot be isolated as crystals from aqueous solution.

Кроме того, ингредиент B является боратом натрия с 0,5 < Na/B < 1,0. Этот борат первоначально состоит в основном из буры и постепенно приходит к повышенной доле оксида натрия (Na2O). Этот ингредиент B представляет собой смесь буры (Na2B4O7) с оксидом натрия (Na2O).Additionally, ingredient B is sodium borate with 0.5 < Na/B < 1.0. This borate initially consists mainly of borax and gradually comes to an increased proportion of sodium oxide (Na 2 O). This ingredient B is a mixture of borax (Na 2 B 4 O 7 ) with sodium oxide (Na 2 O).

Ингредиент D является боратом натрия с 1,0 < Na/B < 2,0. Этот борат первоначально состоит в основном из метабората натрия и постепенно приходит к повышенной доле оксида натрия (N2O) для превращения в смесь метабората натрия (NaBO2) и дибората натрия (Na4B2O5). Этот ингредиент D представляет собой жидкость, содержащую гидрат, но этот гидрат не может быть кристаллизован и, следовательно, не может быть выделен в виде кристаллов.Ingredient D is sodium borate with 1.0 < Na/B < 2.0. This borate initially consists mainly of sodium metaborate and gradually comes to an increased proportion of sodium oxide (N 2 O) to become a mixture of sodium metaborate (NaBO 2 ) and sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ). This ingredient D is a liquid containing a hydrate, but this hydrate cannot be crystallized and therefore cannot be isolated as crystals.

Ингредиент F является боратом натрия с 2,0 < Na/B. Этот борат первоначально состоит в основном из дибората натрия (Na4B2O5) и постепенно приходит к повышенной доле оксида натрия (Na2O) для превращения в смесь дибората натрия (Na4B2O5) и оксида натрия (Na2O). Диборат натрия является главной составляющей кристалла этого ингредиента F, однако он не может быть кристаллизован из водного раствора и, вследствие этого, не может быть выделен в виде кристалла дибората натрия. При более высоких отношениях Na/B, возникает избыток оксида натрия (Na2O). Когда отношение Na/B не менее 2, ингредиент F существует в свободном состоянии.Ingredient F is a sodium borate with 2.0 < Na/B. This borate initially consists mainly of sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) and gradually comes to an increased proportion of sodium oxide (Na 2 O) to become a mixture of sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) and sodium oxide (Na 2 O). Sodium diborate is the main crystal constituent of this ingredient F, but it cannot be crystallized from aqueous solution and therefore cannot be isolated as sodium diborate crystal. At higher Na/B ratios, excess sodium oxide (Na 2 O) occurs. When the Na/B ratio is not less than 2, ingredient F exists in a free state.

Из изложенного выше следует, что борат натрия представляет собой двойной оксид, содержащий триоксид дибора (B2O3) и оксид натрия (Na2O) с заданным отношением. Как описано выше, например, метаборат натрия (NaBO2) представляет собой ингредиент C (Na/B (в молях) = 1,0; Na2O:B2O3 = 1:1), и диборат натрия (Na4B2O5) представляет собой ингредиент E (Na/B (в молях) = 2,0; Na2O:B2O3 = 2:1). Однако и другие смеси Na2O и B2O3 с заданным отношением, хотя и не имеющие специальных названий, также могут быть использованы в качестве ингредиентов при производстве боргидрида натрия (SBH).From the above it follows that sodium borate is a double oxide containing diboron trioxide (B 2 O 3 ) and sodium oxide (Na 2 O) with a given ratio. As described above, for example, sodium metaborate (NaBO 2 ) is ingredient C (Na/B (moles) = 1.0; Na 2 O:B 2 O 3 = 1:1), and sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) is ingredient E (Na/B (moles) = 2.0; Na 2 O:B 2 O 3 = 2:1). However, other mixtures of Na 2 O and B 2 O 3 with a given ratio, although not specifically named, can also be used as ingredients in the production of sodium borohydride (SBH).

Отношение Na/B (в молях) в борате натрия предпочтительно находится в диапазоне более 0,5 и не более 6, и предпочтительно в диапазоне более 1,0 и не более 3.The Na/B ratio (in moles) of sodium borate is preferably in the range of greater than 0.5 and not greater than 6, and preferably in the range of greater than 1.0 and not greater than 3.

Этапы будут описаны подробно ниже. Борат натрия, используемый на описываемых ниже этапах, представляет собой изолированные кристаллы метабората натрия.The steps will be described in detail below. The sodium borate used in the steps below is isolated crystals of sodium metaborate.

Первый этапFirst stage

Как показано на фиг. 1, на первом этапе (S-11), борат 51 натрия, представляющий собой метаборат натрия, и алюминиевый порошок 52 загружают в герметичный реактор и затем вводят неокисляющий газ 53 в этот герметичный реактор, чтобы заполнить внутреннее пространство реактора атмосферой неокисляющего газа. Герметичный реактор может быть уже заполнен неокисляющим газом до загрузки ингредиентов.As shown in FIG. 1, in the first step (S-11), sodium borate 51, which is a sodium metaborate, and aluminum powder 52 are charged into a sealed reactor, and then non-oxidizing gas 53 is introduced into the sealed reactor to fill the interior of the reactor with a non-oxidizing gas atmosphere. The sealed reactor may already be filled with non-oxidizing gas before loading the ingredients.

На первом этапе главным образом готовят ингредиенты и загружают их в реактор. На первом этапе внутреннее пространство герметичного реактора заполняют неокисляющим газом для предотвращения поглощения воды из воздуха метаборатом натрия и оксидной пленкой на поверхности алюминия. Герметичный реактор может быть заполнен неокисляющим газом до или после загрузки ингредиентов в этот герметичный реактор.The first stage mainly involves preparing the ingredients and loading them into the reactor. At the first stage, the internal space of the sealed reactor is filled with non-oxidizing gas to prevent the absorption of water from the air by sodium metaborate and the oxide film on the surface of the aluminum. The sealed reactor may be filled with non-oxidizing gas before or after loading the ingredients into the sealed reactor.

Здесь неокисляющий газ 53 может представлять собой, например, газообразный водород или инертный газ (такой как, например, газообразный гелий или газообразный аргон). В качестве альтернативы, первый этап может представлять собой этап, на котором в герметичный реактор загружают метаборат натрия и алюминий и откачивают герметичный реактор для создания в нем вакуума после загрузки ингредиентов. Here, the non-oxidizing gas 53 may be, for example, hydrogen gas or an inert gas (such as helium gas or argon gas, for example). Alternatively, the first step may be a step in which the sealed reactor is charged with sodium metaborate and aluminum and the sealed reactor is evacuated to create a vacuum after loading the ingredients.

Используемый герметичный реактор обладает достаточными термостойкостью и сопротивлением против давления, чтобы выдерживать воздействие высоких температур (например, 560°C) и высоких давлений (например, 10 МПа), и имеет герметичное внутреннее пространство для заполнения его газом. Можно использовать реактор, оснащенный по меньшей мере перемешивающим устройством.The sealed reactor used has sufficient heat resistance and pressure resistance to withstand high temperatures (eg 560° C.) and high pressures (eg 10 MPa), and has a sealed interior to be filled with gas. A reactor equipped with at least a stirring device can be used.

Детально герметичный реактор будет описан позднее.The sealed reactor will be described in detail later.

Порошок метабората натрия является мягким, и большинство его частиц разрушаются до более мелких частиц при столкновениях на этапе перемешивания. Когда размер частиц не более 100 мкм, частота контакта с алюминиевым порошком в процессе перемешивания возрастает, и, следовательно, также повышается выход реакции. Поэтому предпочтительно, чтобы размер частиц порошка метабората натрия был не более 100 мкм. Порошок метабората натрия имеет тенденцию поглощать воду во время хранения, так что непосредственное использование этого порошка ведет в результате к уменьшению выхода реакции. Поэтому влажность во время хранения метабората натрия предпочтительно не должна быть более 10%, так что количество воды, абсорбированной в процессе кратковременного хранения в таких условиях, будет 2 – 3% масс. (в дальнейшем будет обозначаться "%"). В частности, диборат натрия в таких же условиях будет абсорбировать 5% воды или более.Sodium metaborate powder is soft and most of its particles are broken down into smaller particles by collisions during the mixing step. When the particle size is less than 100 μm, the frequency of contact with aluminum powder during the mixing process increases, and therefore the reaction yield also increases. Therefore, it is preferable that the particle size of the sodium metaborate powder is no more than 100 μm. Sodium metaborate powder tends to absorb water during storage, so that direct use of this powder results in a decrease in the reaction yield. Therefore, the humidity during storage of sodium metaborate should preferably not be more than 10%, so that the amount of water absorbed during short-term storage under such conditions will be 2 - 3% by weight. (hereinafter will be denoted by "%"). In particular, sodium diborate under the same conditions will absorb 5% water or more.

Согласно настоящему осуществлению, порошок метабората натрия является ингредиентом, полученным путем размола метабората натрия до определенной крупности частиц, просеивания через сито с размером отверстий 100 мкм и сбора частиц, прошедших через сито. Для обеспечения хорошего контакта метабората натрия с алюминием предпочтительно использовать порошок метабората натрия с частицами меньшего размера. Такой порошок метабората натрия может быть получен посредством, например, размалывания метабората натрия с использованием среды размола в герметичном реакторе или просеивания порошка метабората натрия через сито, имеющее размер отверстия менее 100 мкм (например, сито с размером отверстий 50 мкм или менее).According to the present embodiment, sodium metaborate powder is an ingredient obtained by grinding sodium metaborate to a certain particle size, sifting through a 100 μm sieve, and collecting the particles passing through the sieve. To ensure good contact of sodium metaborate with aluminum, it is preferable to use sodium metaborate powder with smaller particle sizes. Such sodium metaborate powder can be obtained by, for example, grinding the sodium metaborate using a grinding medium in a sealed reactor or sifting the sodium metaborate powder through a sieve having an opening size of less than 100 μm (for example, a sieve having an opening size of 50 μm or less).

На первом этапе, порошок метабората натрия может быть загружен в количестве, определяемом соответствующим образом согласно требуемому количеству синтезируемого боргидрида натрия. В частности, необходимо добавлять более высокое количество метабората, чем определено по оценкам, в свете того факта, что размолотый и высушенный метаборат натрия склонен к адсорбции воды, и масса этой воды будет потеряна.In the first step, sodium metaborate powder can be loaded in an amount suitably determined according to the required amount of sodium borohydride to be synthesized. In particular, it is necessary to add a higher amount of metaborate than estimated in light of the fact that ground and dried sodium metaborate is prone to adsorption of water and mass of this water will be lost.

Алюминий, используемый в качестве ингредиента, может иметь вид, например, мелких частиц, таких как порошок или отходы. Например, такие мелкие частицы алюминия могут представлять собой отходы, такие как стружка или опилки. Где это возможно, следует предпочтительно выбирать алюминий, содержащий лишь небольшие количества примесей металлов, являющихся более благородными, чем алюминий.The aluminum used as an ingredient may be in the form of, for example, fine particles such as powder or waste. For example, such fine aluminum particles may be waste materials such as shavings or sawdust. Where possible, aluminum should preferably be selected that contains only small amounts of metal impurities that are more noble than aluminum.

Предпочтительно алюминий, загружаемый в реактор, имеет средний размер частиц, например, не менее 1 мкм и максимальный размер частиц не более 10 мм. Если средний размер частиц алюминия менее 1 мкм, с этими частицами трудно работать из-за того, что такие мелкие частицы способствуют взрывам пылевоздушной смеси, а также эти частицы легко слипаются друг с другом с образованием агрегатов в некоторых случаях. Если средний размер частиц более 10 мм, удельная площадь поверхности на единицу массы уменьшается настолько, что площадь реагирующей поверхности уменьшается и может вызвать значительное снижение скорости реакции на начальной стадии реакции. Средний размер частиц более предпочтительно не менее 10 мкм и не более 5 мм.Preferably, the aluminum charged into the reactor has an average particle size, for example, of at least 1 μm and a maximum particle size of not more than 10 mm. If the average particle size of aluminum is less than 1 micron, these particles are difficult to handle due to the fact that such small particles contribute to explosions of the dust-air mixture, and these particles easily stick together to form aggregates in some cases. If the average particle size is greater than 10 mm, the specific surface area per unit mass is reduced so much that the reacting surface area is reduced and can cause a significant reduction in the reaction rate in the initial stage of the reaction. The average particle size is more preferably not less than 10 µm and not more than 5 mm.

Величину среднего размера частиц получают как круговой эквивалентный диаметр, определяемый посредством лазерного дифракционного анализатора распределения частиц по размерам.The average particle size is obtained as a circular equivalent diameter determined by a laser diffraction particle size distribution analyzer.

На первом этапе, температура в герметичном реакторе во время добавления в него ингредиентов ничем специально не ограничена. Никакой специальный нагрев в герметичном реакторе не требуется, так что температура в нем может быть равна температуре окружающей среды. Для предотвращения реакции метабората натрия с водой из воздуха желательно загружать ингредиенты в безводной атмосфере. Необходимо, чтобы реактор был плотно закрыт сразу же после загрузки ингредиентов.At the first stage, the temperature in the sealed reactor while adding ingredients to it is not specifically limited. No special heating is required in a sealed reactor, so its temperature can be equal to ambient temperature. To prevent sodium metaborate from reacting with water from the air, it is advisable to load the ingredients in an anhydrous atmosphere. It is necessary that the reactor is tightly closed immediately after loading the ingredients.

Второй этап (этап удаления воды)Second stage (water removal stage)

Как показано на фиг. 1, второй этап (S-12) представляет собой этап, на котором внутреннее пространство герметичного реактора нагревают до температуры не ниже 280°C и не выше 560°C, и высушивают метаборат натрия и алюминий путем удаления остаточной воды, содержащейся в них.As shown in FIG. 1, the second step (S-12) is a step in which the interior of the sealed reactor is heated to a temperature of not lower than 280°C and not higher than 560°C, and the sodium metaborate and aluminum are dried by removing the residual water contained therein.

Этот этап высушивания для удаления остаточной воды может быть осуществлен с использованием любым из двух способов удаления воды.This drying step to remove residual water can be carried out using either of two water removal methods.

Первый способ удаления воды вызывает реакцию воды из ингредиентов, нагреваемых в герметичном реакторе, с алюминием, превращая тем самым воду в газообразный водород и оксид алюминия.The first method of water removal causes water from ingredients heated in a sealed reactor to react with aluminum, thereby converting the water into hydrogen gas and aluminum oxide.

Конкретнее, первый способ удаления воды устраняет воду из реакционной системы путем испарения остаточной воды в герметичном реакторе и вызывая реакцию паров воды с алюминием.More specifically, the first water removal method eliminates water from the reaction system by evaporating residual water in a sealed reactor and causing the water vapor to react with aluminum.

Реакцию воды с алюминием показывает уравнение реакции (1), приведенное ниже.The reaction of water with aluminum is shown in reaction equation (1) below.

2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2 … (1)2Al + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 3H 2 ... (1)

Второй способ удаления воды представляет собой процесс сушки в вакууме при нагревании, когда внутреннее пространство герметичного реактора нагревают в вакууме и удаляют воду, чтобы дегидратировать ингредиенты. Такой способ сушки при нагревании в вакууме может удалить большое количество воды из системы и может уменьшить потребление алюминия, так что этот способ, следовательно, подходит для ситуации, когда ингредиенты содержат большое количество воды, хотя вакуумная сушка занимает продолжительное время.The second water removal method is a vacuum heat drying process where the interior of a sealed reactor is heated under vacuum and the water is removed to dehydrate the ingredients. This vacuum heating drying method can remove a large amount of water from the system and can reduce aluminum consumption, so this method is therefore suitable for the situation where the ingredients contain a large amount of water, although vacuum drying takes a long time.

На стадии удаления воды в качестве второго этапа нагрев может осуществляться до температуры 280°C или выше для обеспечения удаления воды из гидрата метабората натрия, и предпочтительно может осуществляться при температуре 400°C или выше вследствие того факта, что выделение воды из порошка бората натрия продолжается до высоких температур.In the water removal step, as a second step, heating may be carried out to a temperature of 280°C or higher to ensure removal of water from the sodium metaborate hydrate, and preferably may be carried out at a temperature of 400°C or higher due to the fact that the separation of water from the sodium borate powder continues up to high temperatures.

Эта стадия удаления воды может исключить влияние воды, присутствующей в метаборате натрия, на синтез боргидрида натрия, тем самым делая возможным предотвращение ухудшения эффективности синтеза боргидрида натрия.This water removal step can eliminate the influence of water present in the sodium metaborate on the synthesis of sodium borohydride, thereby making it possible to prevent deterioration in the synthesis efficiency of sodium borohydride.

Здесь термин «вода» обозначает гидратную воду, воду, сорбированную на поверхности и воду, поглощенную в результате реакции безводного порошка метабората натрия с водой. Например, метаборат натрия может быть получен путем гидролиза боргидрида натрия. Метаборат натрия обычно представляет собой тетрагидрат, но может быть и гидратом, содержащим гидратную воду в другой пропорции. В настоящем осуществлении метаборат натрия может быть использован независимо от того, поглощена вода поверхностью метабората натрия или нет.Here, the term “water” refers to water of hydration, water adsorbed on the surface, and water absorbed by the reaction of anhydrous sodium metaborate powder with water. For example, sodium metaborate can be prepared by hydrolysis of sodium borohydride. Sodium metaborate is usually a tetrahydrate, but can also be a hydrate containing water of hydration in other proportions. In the present embodiment, sodium metaborate can be used regardless of whether water is absorbed on the surface of the sodium metaborate or not.

Поглощенная вода присутствует не только на метаборате натрия, но также, хотя и лишь в следовых количествах, на оксидной пленке, покрывающей алюминий. Эта вода может быть испарена на этапе удаления воды. Согласно данным термогравиметрического анализа, метаборат натрия при давлении 1 атм. выделяет гидратную воду при температуре 280°C. Таким образом, температура нагрева для выделения гидратной воды из метабората натрия предпочтительно не ниже 280°C. Время выдержки предпочтительно не менее 10 мин. Выделение гидратной воды может быть ускорено, и необходимое время выдержки может быть уменьшено путем контроля температуры нагрева в диапазоне не ниже 300°C и не выше 560°C.Absorbed water is present not only on the sodium metaborate, but also, although only in trace amounts, on the oxide film covering the aluminum. This water can be evaporated during the water removal step. According to thermogravimetric analysis, sodium metaborate at a pressure of 1 atm. releases water of hydration at a temperature of 280°C. Thus, the heating temperature for separating hydrate water from sodium metaborate is preferably not lower than 280°C. The holding time is preferably at least 10 minutes. The release of hydrate water can be accelerated and the required holding time can be reduced by controlling the heating temperature to a range of not less than 300°C and not more than 560°C.

Третий этапThird stage

В настоящем осуществлении, как показано на фиг. 1, за вторым этапом (S-12), описанным выше, следует описываемый ниже третий этап (S-13), на котором происходит синтез боргидрида натрия (SBH). Когда удаление воды не осуществляется, второй этап (S-12) может быть опущен, и за первым этапом (S-11) может сразу следовать третий этап (S-13).In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the second step (S-12) described above is followed by the third step (S-13) described below, in which sodium borohydride (SBH) is synthesized. When water removal is not performed, the second step (S-12) may be omitted, and the first step (S-11) may be immediately followed by the third step (S-13).

Перемешивание с целью усиления реакции синтеза боргидрида натрия может быть осуществлено с применением единственного перемешивающего устройства, но предпочтительно использует также среду размола с целью усиления требуемых контакта между алюминием и боратом натрия и однородного перемешивания твердых ингредиентов с продуктами в процессе реакции синтеза.Mixing to enhance the sodium borohydride synthesis reaction can be accomplished using a single mixing device, but preferably also uses a grinding medium to enhance the required contact between aluminum and sodium borate and homogeneously mix the solid ingredients with the products of the synthesis reaction.

К примерам среды размола, используемых в изобретении, относятся такие формы, как шарики и стержни, причем шарики являются предпочтительными. Диаметр шариков предпочтительно более размера частиц загружаемого алюминия. Материалы для среды размола могут быть выбраны соответствующим образом из существующих материалов, таких как керамика и нержавеющая сталь. В частности, керамические шарики, которые являются легкими и которые не содержат металлических загрязнений, предпочтительно используются в качестве среды размола. В частности, керамические шарики предпочтительно представляют собой шарики из оксида алюминия (алюмооксидной керамики) или муллитовые шарики. Оксид алюминия является продуктом, образующимся в реакциях синтеза, но оксид алюминия или алюмооксидная керамика, отожженные при высокой температуре, являются стабильными и не оказывают нежелательного влияния на реакции синтеза.Examples of grinding media used in the invention include forms such as balls and rods, with balls being preferred. The diameter of the balls is preferably larger than the particle size of the loaded aluminum. Materials for the grinding medium can be selected accordingly from existing materials such as ceramics and stainless steel. In particular, ceramic balls, which are lightweight and which do not contain metal contaminants, are preferably used as the grinding medium. In particular, the ceramic balls are preferably alumina balls or mullite balls. Alumina is a product formed in synthesis reactions, but aluminum oxide or alumina ceramics annealed at high temperature are stable and do not adversely affect synthesis reactions.

В описании диаметр среды размола может быть менее 30 мм, предпочтительно не менее 2 мм и не более 20 мм, и более предпочтительно не менее 3 мм и не более 10 мм.In the specification, the diameter of the grinding medium may be less than 30 mm, preferably not less than 2 mm and not more than 20 mm, and more preferably not less than 3 mm and not more than 10 mm.

Когда перемешивание осуществляют с использованием среды размола, приемлемая скорость перемешивания может находиться в диапазоне от низкой скорости вращения, когда скорость на периферии перемешивающего устройства составляет около 13 см/с, до высокой скорости вращения, когда скорость на периферии перемешивающего устройства составляет 90 см/с или более, и среда размола приобретает энергию столкновений, которая может деформировать, а также раскатывать и измельчать алюминий. Если же, однако, скорость на периферии перемешивающего устройства составляет 90 см/с или более, алюминий раскатывают и размалывают с получением тонкого и продолговатого профиля, который имеет тенденцию прилипать к стенкам реактора вместе с ингредиентами и продуктами. В результате происходит смешивание меньшего количества материала и соответственно снижается выход реакции. Таким образом, скорость перемешивания предпочтительно такова, что скорость на периферии перемешивающего устройства составляет не более 70 см/с, что не вызывает деформацию алюминия. Ниже, такое перемешивание в условиях низких скоростей, когда скорость по периферии перемешивающего устройства не более 70 см/с, будет называться «мягким перемешиванием».When mixing is carried out using a grinding medium, a suitable mixing speed may range from low rotation speed, when the speed at the periphery of the mixing device is about 13 cm/s, to high rotation speed, when the speed at the periphery of the mixing device is 90 cm/s or more, and the grinding medium acquires collision energy, which can deform, as well as roll out and crush the aluminum. If, however, the speed at the periphery of the mixing device is 90 cm/s or more, the aluminum is rolled out and ground into a thin and elongated profile which tends to adhere to the walls of the reactor along with the ingredients and products. As a result, less material is mixed and the reaction yield is correspondingly reduced. Thus, the stirring speed is preferably such that the speed at the periphery of the stirring device is no more than 70 cm/s, which does not cause deformation of the aluminum. Below, such mixing under conditions of low speeds, when the speed along the periphery of the mixing device is no more than 70 cm/s, will be called “soft mixing”.

В ходе реакции синтеза боргидрида натрия в настоящем осуществлении, поверхность частицы алюминия, находящаяся дальше расстояния диффузии вблизи поверхности алюминия, может рассматриваться в качестве берега. В ходе смешивания посредством перемешивания, ингредиенты, присутствующие на удалении от берега или «на удалении» (в области, находящейся на удалении от поверхности частицы алюминия, далее в описании называется «на удалении»), диффундируют сквозь пленку оксида алюминия и слой продуктов реакции и достигают поверхности алюминия, являющейся местом реакции, и там происходит реакция между алюминием, водородом и боратом натрия с образованием гидрида натрия. Продукты реакции, т.е. боргидрид натрия и оксид алюминия, и ингредиент бората натрия имеют градиенты концентрации в пределах расстояния диффузии вблизи указанной поверхности, и реакция синтеза протекает, в то время как каждый из этих материалов мигрирует посредством диффузии в пределах расстояния диффузии возле указанной поверхности для создания усредненной концентрации. Скорость реакции зависит от расстояния и скорости диффузии ионов натрия, бора, алюминия, кислорода и водорода. Газообразный водород оказывает незначительное влияние на скорость реакции, поскольку он имеет небольшой размер молекул и может быстро перемещаться сквозь указанные соединения к поверхности, где происходит реакция.In the sodium borohydride synthesis reaction in the present embodiment, the surface of the aluminum particle beyond the diffusion distance near the aluminum surface can be considered as a shore. During mixing by stirring, the ingredients present offshore or "offshore" (a region away from the surface of the aluminum particle, hereinafter referred to as "offshore") diffuse through the alumina film and the reaction product layer and reach the surface of the aluminum, which is the site of the reaction, and there a reaction occurs between aluminum, hydrogen and sodium borate to form sodium hydride. Reaction products, i.e. the sodium borohydride and aluminum oxide and sodium borate ingredient have concentration gradients within a diffusion distance near said surface, and the synthesis reaction proceeds while each of these materials migrates by diffusion within a diffusion distance near said surface to create an average concentration. The reaction rate depends on the distance and the rate of diffusion of sodium, boron, aluminum, oxygen and hydrogen ions. Hydrogen gas has little effect on the rate of reaction because it has a small molecular size and can quickly move through the compounds to the surface where the reaction occurs.

На третьем этапе (S-13), инициируют реакцию посредством двух механизмов в герметичном реакторе в атмосфере газообразного водорода.In the third step (S-13), the reaction is initiated through two mechanisms in a sealed reactor under an atmosphere of hydrogen gas.

Согласно первому механизму, инициирующему реакцию, алюминий царапают на начальной стадии перемешивания, в процессе столкновений и захвата частиц между шариками среды размола или между шариком среды размола и перемешивающим устройством, и оксидная пленка, покрывающая поверхность разрывается, обнажая свежую поверхность алюминия, которая затем входит в контакт с дегидратированным метаборатом натрия и вступает в реакцию с ним в атмосфере водорода.According to the first mechanism that initiates the reaction, the aluminum is scratched during the initial mixing stage, during the collision and capture of particles between the grinding media balls or between the grinding media ball and the mixing device, and the oxide film covering the surface breaks, exposing the fresh aluminum surface, which then enters contact with dehydrated sodium metaborate and reacts with it under a hydrogen atmosphere.

Когда поверхность пленки оксида на алюминии прорывается и образуются микроскопические продукты реакции, поверхность алюминия покрывается продуктом и оксидом алюминия, содержащим оксид натрия.When the surface of the oxide film on aluminum breaks through and microscopic reaction products are formed, the surface of the aluminum is coated with the product and alumina containing sodium oxide.

Согласно первому механизму, инициирующему реакцию, ингредиент бората натрия включает избыток оксида натрия. В этом случае, оксид натрия связывается с пленкой оксида алюминия на поверхности алюминия, так что эта пленка оксида, обладающая эффектами барьера для ионов металлов, трансформируется в диоксид натрия и алюминия (NaAlO2), через которую проходят ионы металла, позволяя тем сам начаться реакции.In the first mechanism that initiates the reaction, the sodium borate ingredient involves excess sodium oxide. In this case, sodium oxide binds to the aluminum oxide film on the surface of the aluminum, so that this oxide film, which has barrier effects to metal ions, is transformed into sodium aluminum dioxide (NaAlO 2 ), through which the metal ions pass, thereby allowing the reaction to begin. .

Количество водорода в герметичном реакторе уменьшается по мере прохождения синтеза боргидрида натрия. Скорость реакции может быть увеличена путем увеличения давления газообразного водорода. Когда ингредиент является метаборатом натрия, эта реакция соответствует уравнению (2), приведенному ниже.The amount of hydrogen in the sealed reactor decreases as the synthesis of sodium borohydride proceeds. The reaction rate can be increased by increasing the pressure of the hydrogen gas. When the ingredient is a sodium metaborate, this reaction follows equation (2) below.

4Al + 6H2 + 3NaBO2 → 3NaBH4 + 2Al2O3 … (2)4Al + 6H 2 + 3NaBO 2 → 3NaBH 4 + 2Al 2 O 3 ... (2)

На третьем этапе (S-13), герметичный реактор может быть тем же герметичным реактором, что использован на первом этапе (S-11) и на втором этапе (S-12), либо может представлять собой другой герметичный реактор. То есть, этапы с первого этапа (S-11) по третий этап (S-13) могут быть осуществлены в одном и том же герметичном реакторе или в отдельных герметичных реакторах. In the third step (S-13), the sealed reactor may be the same sealed reactor used in the first step (S-11) and the second step (S-12), or it may be a different sealed reactor. That is, the steps from the first step (S-11) to the third step (S-13) can be carried out in the same sealed reactor or in separate sealed reactors.

На третьем этапе (S-13), давление газообразного водорода предпочтительно поддерживают в диапазоне не ниже 0,3 МПа и не более 10 МПа, и более предпочтительно в диапазоне не ниже 1 МПа и не более 10 МПа. Поддерживая давление газообразного водорода не ниже 0,3 МПа и не более 10 МПа, можно синтезировать боргидрид натрия с подходящей эффективностью, а стоимость оборудования может быть уменьшена без необходимости в реакторах, оборудовании и т.п., устойчивых против сверхвысоких давлений.In the third step (S-13), the hydrogen gas pressure is preferably maintained in a range of not less than 0.3 MPa and not more than 10 MPa, and more preferably in a range of not less than 1 MPa and not more than 10 MPa. By maintaining the hydrogen gas pressure not less than 0.3 MPa and not more than 10 MPa, sodium borohydride can be synthesized with suitable efficiency, and the cost of equipment can be reduced without the need for reactors, equipment, etc., resistant to ultra-high pressures.

Для обеспечения протекания реакций на третьем этапе (S-13) в достаточной степени, температуру нагрева предпочтительно устанавливают не ниже 400°C и не выше 560°C. Такие температуры нагрева не ниже 400°C и не выше 560°C обеспечивают достаточную скорость реакции, позволяющую получить подходящую эффективность синтеза боргидрида натрия, и предотвращение разложение синтезированного боргидрида натрия, и извлечение боргидрида в достаточной степени.To ensure that the reactions in the third step (S-13) proceed sufficiently, the heating temperature is preferably set to not lower than 400°C and not higher than 560°C. Such heating temperatures of not lower than 400°C and not higher than 560°C provide a sufficient reaction rate to obtain a suitable efficiency for the synthesis of sodium borohydride, and prevent decomposition of the synthesized sodium borohydride, and recover the borohydride to a sufficient extent.

Боргидрид натрия (SBH) можно синтезировать посредством этапов с первого этапа (S-11) по третий этап (S-13), описанных выше.Sodium borohydride (SBH) can be synthesized through the first step (S-11) to the third step (S-13) described above.

В предпочтительном осуществлении, обсуждаемом выше, метаборат натрия и алюминий можно загружать в герметичный реактор по отдельности и последовательно, либо они могут быть загружены в этот реактор в виде смеси.In the preferred embodiment discussed above, the sodium metaborate and aluminum may be charged to the sealed reactor separately and sequentially, or they may be charged to the reactor as a mixture.

Когда эти ингредиенты загружают в виде смеси, первому этапу (S-11) предпочтительно предшествует этап, на котором смешивают метаборат натрия с алюминием для получения смеси и затем предпочтительно загружают полученную смесь метабората натрия с алюминием в герметичный реактор на первом этапе (S-11). When these ingredients are charged as a mixture, the first step (S-11) is preferably preceded by a step of mixing sodium metaborate with aluminum to form a mixture and then preferably loading the resulting mixture of sodium metaborate and aluminum into a sealed reactor in the first step (S-11) .

Смешивая алюминий и метаборат натрия заранее и используя эти ингредиенты в виде смеси, можно увеличить частоту контактов между алюминием и боратом натрия и соответственно можно увеличить скорость реакции.By mixing aluminum and sodium metaborate in advance and using these ingredients as a mixture, the frequency of contact between aluminum and sodium borate can be increased and the reaction rate can accordingly be increased.

Когда алюминий и метаборат натрия используют в виде смеси, они могут быть диспергированы и смешаны заранее и затем компактированы для формирования гранул. Гранулы создают такие преимущества как меньшая гигроскопичность и большее удобство и простота в обращении. Гранулы оказываются раздроблены на более мелкие частицы в процессе перемешивания и после этого ведут себя аналогично порошку.When aluminum and sodium metaborate are used as a mixture, they can be dispersed and mixed in advance and then compacted to form granules. Granules offer advantages such as less hygroscopicity and greater convenience and ease of handling. The granules are crushed into smaller particles during the mixing process and then behave similarly to powder.

Тогда как приведенное выше описание иллюстрирует синтез боргидрида натрия (SBH) с использованием порошкового метабората натрия в качестве бората натрия, боргидрид натрия (SBH) может быть синтезирован посредством, как уже описано выше, добавления гидроксида натрия к буре в качестве ингредиента бората натрия, для формирования метабората натрия, который затем превращают в боргидрид натрия (SBH).While the above description illustrates the synthesis of sodium borohydride (SBH) using powdered sodium metaborate as the sodium borate, sodium borohydride (SBH) can be synthesized by, as already described above, adding sodium hydroxide to borax as the sodium borate ingredient to form sodium metaborate, which is then converted to sodium borohydride (SBH).

Фиг. 2 представляет технологическую схему синтеза метабората натрия из буры в качестве ингредиента и синтеза боргидрида натрия (SBH) из метабората натрия в качестве ингредиента.Fig. 2 is a flow chart for the synthesis of sodium metaborate from borax as an ingredient and the synthesis of sodium borohydride (SBH) from sodium metaborate as an ingredient.

В ходе этого процесса, как показано на фиг. 2, первый этап (S-11) включает два этапа, а именно, этап термического прокаливания (S-11A), на котором к буре добавляют гидроксид натрия для образования кристаллов (двойного оксида) триоксида дибора (B2O3) и оксида натрия (Na2O), и этап смешивания и контактирования (S-11B), на котором полученный продукт приводят в контакт с алюминием посредством смешивания. В результате этих двух этапов может быть сформирован двойной оксид триоксида дибора (B2O3) и оксида натрия (Na2O) с заданным отношением Na/B в диапазоне 1,0 – 3,0 путем изменения доли гидроксида натрия.During this process, as shown in FIG. 2, the first step (S-11) includes two steps, namely, the thermal calcination step (S-11A), in which sodium hydroxide is added to borax to form crystals (double oxide) of diboron trioxide (B 2 O 3 ) and sodium oxide (Na 2 O), and a mixing and contacting step (S-11B) in which the resulting product is brought into contact with aluminum through mixing. As a result of these two steps, a double oxide of diboron trioxide (B 2 O 3 ) and sodium oxide (Na 2 O) can be formed with a given Na/B ratio in the range of 1.0 – 3.0 by changing the proportion of sodium hydroxide.

Как указано в таблице 1 выше, борат натрия с отношением Na/B = 1 представляет собой метаборат натрия (NaBO2 (= Na2B2O4)), и борат натрия с отношением Na/B = 2 представляет собой диборат натрия (Na4B2O5).As indicated in Table 1 above, sodium borate with a ratio of Na/B = 1 is sodium metaborate (NaBO 2 (= Na 2 B 2 O 4 )), and sodium borate with a ratio of Na/B = 2 is sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ).

На этапе термического прокаливания (S-11A) первого этапа (S-11), температура нагрева предпочтительно не выше 400°C. Борат натрия, полученный в результате этого термического прокаливания, охлаждают до комнатной температуры и затем измельчают. На этапе смешивания и контактирования (S-11B), вводят алюминий и приводят его в контакт с боратом натрия путем перемешивания при комнатной температуре.In the thermal calcination step (S-11A) of the first step (S-11), the heating temperature is preferably not higher than 400°C. The sodium borate resulting from this thermal calcination is cooled to room temperature and then ground. In the mixing and contacting step (S-11B), aluminum is introduced and brought into contact with sodium borate by stirring at room temperature.

После этих этапов удаляют на втором этапе (S-12) воду аналогично тому, как описано выше, и синтезируют боргидрид натрия (SBH) на третьем этапе (S-13) аналогично тому, как описано выше.After these steps, water is removed in a second step (S-12) as described above, and sodium borohydride (SBH) is synthesized in a third step (S-13) as described above.

Полученные продукты включают боргидрид натрия (SBH), а также оксид натрия (Na2O), оксид алюминия (Al2O3) и гидрид натрия.The resulting products include sodium borohydride (SBH), as well as sodium oxide (Na 2 O), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and sodium hydride.

Далее будут описаны некоторые примеры герметичных реакторов, которые могут быть использованы в настоящем осуществлении, но герметичные реакторы в настоящем осуществлении этим не ограничиваются.Next, some examples of sealed reactors that can be used in the present embodiment will be described, but the sealed reactors in the present embodiment are not limited to this.

Фиг. 3 представляет частичный вид сечения, иллюстрирующий пример герметичного реактора, используемого в настоящем осуществлении.Fig. 3 is a partial sectional view illustrating an example of a sealed reactor used in the present embodiment.

Как показано на фиг. 3, герметичный реактор 10A имеет цилиндрический круглодонный основной корпус 12, и съемную дискообразную крышку 14, плотно герметизирующую основной корпус 12 реактора. Нагреватель 16 с регулируемой температурой расположен снаружи в нижней части основного корпуса реактора 12, так что этот нагреватель 16 используют для нагрева содержимого основного корпуса реактора 12. Кроме того, на верхней торцевой поверхности основного корпуса реактора 12 расположено уплотнительное кольцо 18, обеспечивающее воздухонепроницаемость внутреннего пространства реактора, когда это кольцо находится в плотном контакте с крышкой 14. Когда крышка 14 закрыта, эта крышка находится в плотном контакте с главным корпусом реактора 12 за счет этого уплотнительного кольца 18.As shown in FIG. 3, the sealed reactor 10A has a cylindrical round-bottom main body 12, and a removable disc-shaped cover 14 that tightly seals the reactor main body 12. A temperature-controlled heater 16 is located externally at the bottom of the main reactor body 12, so that the heater 16 is used to heat the contents of the main reactor body 12. In addition, an O-ring 18 is located on the upper end surface of the main reactor body 12 to ensure the airtightness of the internal space of the reactor when this ring is in close contact with the cover 14. When the cover 14 is closed, this cover is in close contact with the main reactor body 12 due to this O-ring 18.

Крышка 14 имеет центральное отверстие и цилиндрический участок, выступающий от этого отверстия. Над этим цилиндрическим участком располагается двигатель 20, Перемешивающее устройство состоит из двигателя 20, штока 22 перемешивающего устройства, соединенного с вращающимся валом двигателя 20, и нескольких сегментов 22A перемешивающего устройства, выступающих в направлении перпендикулярно к оси штока 22 перемешивающего устройства. Когда крышка 14 присоединена к главному корпусу реактора 12, конец штока 22 перемешивающего устройства достигает нижней области во внутреннем пространстве основного корпуса реактора 12. То есть, работающий двигатель 20 вращает шток 22 перемешивающего устройства вместе с сегментами 22A перемешивающего устройства для перемешивания содержимого основного корпуса реактора 12.The cover 14 has a central hole and a cylindrical portion projecting from this hole. Above this cylindrical portion is a motor 20. The stirrer consists of a motor 20, a stirrer rod 22 connected to the rotating shaft of the motor 20, and a plurality of stirrer segments 22A projecting in a direction perpendicular to the axis of the stirrer rod 22. When the cover 14 is attached to the main reactor body 12, the end of the stirrer rod 22 reaches a lower region in the interior of the main reactor body 12. That is, the operating motor 20 rotates the stirrer rod 22 together with the stirrer segments 22A to mix the contents of the main reactor body 12 .

Крышка 14 далее снабжена первой трубой 24 и второй трубой 30, соединенными непосредственно с внутренним пространством основного корпуса реактора 12. Первая труба 24 соединена с источником газообразного водорода (не показан) через вентиль 26 подачи газообразного водорода и с вакуумным насосом (не показан) через выпускной вентиль 28. То есть, газообразный водород поступает в основной корпус реактора 12, когда вентиль 26 подачи газообразного водорода открыт, и основной корпус реактора 12 вакуумируют, когда открыт выпускной вентиль 28. Кроме того, вторая труба 30 соединена с манометром 32, показывающим давление внутри основного корпуса реактора 12.The cover 14 is further provided with a first pipe 24 and a second pipe 30 connected directly to the interior of the main reactor body 12. The first pipe 24 is connected to a source of hydrogen gas (not shown) through a hydrogen gas supply valve 26 and to a vacuum pump (not shown) through an outlet valve 28. That is, hydrogen gas enters the main reactor body 12 when the hydrogen gas supply valve 26 is open, and the main reactor body 12 is evacuated when the outlet valve 28 is opened. In addition, the second pipe 30 is connected to a pressure gauge 32 indicating the pressure inside main reactor body 12.

На фиг. 4 представлены частичные виды сечения, иллюстрирующие другие примеры герметичных реакторов, которые могут быть использованы в настоящем осуществлении.In fig. 4 is partial sectional views illustrating other examples of sealed reactors that may be used in the present embodiment.

Герметичный реактор 10B отличается от герметичного реактора, показанного на фиг. 3, тем, что, как показано на фиг. 4, герметичный реактор 10B содержит большое количество среды размола 40 внутри основного корпуса реактора 12. Когда ингредиенты загружены внутрь основного корпуса реактора 12 и шток 22 перемешивающего устройства вращается, происходит перемешивание среды размола 40 для усиления миграции ингредиента бората натрия и промежуточного продукта гидрида натрия. Количество среды размола 40 может быть соответствующим образом увеличено или уменьшено, так что скорость реакции будет увеличена.The sealed reactor 10B is different from the sealed reactor shown in FIG. 3, in that, as shown in FIG. 4, the sealed reactor 10B contains a large amount of grinding medium 40 inside the main reactor body 12. When the ingredients are loaded inside the main reactor body 12 and the stirring rod 22 is rotated, the grinding medium 40 is agitated to enhance the migration of the sodium borate ingredient and the sodium hydride intermediate. The amount of grinding medium 40 can be increased or decreased accordingly, so that the reaction rate will be increased.

В описании отношение массы среды размола 40 к массе ингредиентов предпочтительно не менее 1 и менее 110.In the description, the ratio of the mass of the grinding medium 40 to the mass of the ingredients is preferably not less than 1 and less than 110.

На фиг. 5A представлен частичный вид сечения, иллюстрирующий другие примеры герметичных реакторов, которые могут быть использованы в настоящем осуществлении.In fig. 5A is a partial cross-sectional view illustrating other examples of sealed reactors that may be used in the present embodiment.

Герметичный реактор 10C отличается от герметичного реактора, представленного на фиг. 3, тем, что, как показано на фиг. 5A, этот герметичный реактор 10C имеет J-образный сегмент 22B перемешивающего устройства на нижнем конце штока 22 перемешивающего устройства, вращающегося внутри основного корпуса реактора 12. Этот J-образный сегмент 22B перемешивающего устройства изогнут вдоль внутренней периферийной поверхности дна 12a основного корпуса реактора 12. Когда ингредиенты загружены внутрь основного корпуса реактора 12 и шток 22 перемешивающего устройства вращается, ингредиенты имеют менее шансов прилипнуть к внутренней стенке реактора во время перемешивания, вследствие того, что сегмент 22B перемешивающего устройства изогнут в J-образной форме вдоль внутренней периферийной поверхности дна 12a. Среду размола 40, такую как показана на фиг. 4 можно добавлять соответствующим образом. В герметичном реакторе 10C, как показано на фиг. 5B, внутрь основного корпуса реактора 12 добавлены два элемента среды размола 40.The sealed reactor 10C is different from the sealed reactor shown in FIG. 3, in that, as shown in FIG. 5A, this sealed reactor 10C has a J-shaped stirrer segment 22B at the lower end of the stirrer rod 22 rotating inside the main body of the reactor 12. This J-shaped stirrer segment 22B is curved along the inner peripheral surface of the bottom 12a of the main body of the reactor 12. When With the ingredients loaded inside the reactor main body 12 and the stirrer rod 22 rotating, the ingredients are less likely to stick to the inner wall of the reactor during mixing due to the stirrer segment 22B being curved in a J-shape along the inner peripheral surface of the bottom 12a. A grinding medium 40 such as that shown in FIG. 4 can be added accordingly. In a sealed reactor 10C, as shown in FIG. 5B, two grinding media elements 40 are added inside the main reactor body 12.

Второй осуществлениеSecond exercise

Способ получения боргидрида натрия, согласно второму осуществлению, включает этапы с первого этапа по третий этап, описанные применительно к способу получения боргидрида натрия согласно первому осуществлению. Описание признаков этапов, являющихся такими же, как в первом осуществлении, будут опущены, а будут описаны признаки, отличные от признаков первого осуществления.The method for producing sodium borohydride according to the second embodiment includes the steps of the first step to the third step described in relation to the method for producing sodium borohydride according to the first embodiment. Descriptions of features of steps that are the same as in the first embodiment will be omitted, and features different from those of the first embodiment will be described.

На первом этапе способа получения боргидрида натрия согласно второму осуществлению, в герметичный реактор дополнительно загружают гидроксид щелочного металла или оксид щелочного металла. На втором этапе, осуществляют дегидратацию смеси порошка бората натрия, алюминиевого порошка и гидроксида щелочного металла посредством реакции в герметичном реакторе, заполненном газообразным водородом при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C. В качестве альтернативы ингредиенты дегидратируют нагревом в условиях вакуумирования и затем на третьем этапе, смешивают порошок метабората натрия, алюминиевый порошок и оксид щелочного металла в герметичном реакторе, заполоненном газообразным водородом, и проводят реакцию в смеси при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C.In the first step of the method for producing sodium borohydride according to the second embodiment, an alkali metal hydroxide or an alkali metal oxide is additionally charged into a sealed reactor. In the second stage, the mixture of sodium borate powder, aluminum powder and alkali metal hydroxide is dehydrated through a reaction in a sealed reactor filled with hydrogen gas at a temperature not lower than 400°C and not higher than 560°C. Alternatively, the ingredients are dehydrated by heating under vacuum conditions and then in a third step, sodium metaborate powder, aluminum powder and alkali metal oxide are mixed in a sealed reactor filled with hydrogen gas and the mixture is reacted at a temperature of not less than 400°C and not above 560 °C.

К примерам гидроксидов щелочных металлов относятся гидроксид натрия (NaOH), гидроксид калия (KOH) и гидроксид лития (LiOH).Examples of alkali metal hydroxides include sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and lithium hydroxide (LiOH).

К примерам оксидов щелочных металлов относятся оксид натрия (Na2O), оксид лития (Li2O), диоксид натрия и алюминия (NaAlO2), оксид кальция (CaO) и оксид стронция (SrO). Оксид кальция может быть добавлен для увеличения щелочности.Examples of alkali metal oxides include sodium oxide (Na 2 O), lithium oxide (Li 2 O), sodium aluminum dioxide (NaAlO 2 ), calcium oxide (CaO) and strontium oxide (SrO). Calcium oxide can be added to increase alkalinity.

Когда гидроксид натрия (NaOH) используется в качестве гидроксида щелочного металла, гидроксид натрия взаимодействует с алюминием и выделяет водород в герметичный реактор, как показывает уравнение реакции (3) ниже. Таким образом, предпочтительно увеличить количество добавляемого алюминия, чтобы компенсировать потери алюминия из-за этого взаимодействия.When sodium hydroxide (NaOH) is used as the alkali metal hydroxide, sodium hydroxide reacts with aluminum and releases hydrogen into a sealed reactor, as shown by reaction equation (3) below. Thus, it is preferable to increase the amount of aluminum added to compensate for the loss of aluminum due to this interaction.

6NaOH + 2Al → 2NaAlO2 + 2Na2O + 3H2 … (3)6NaOH + 2Al → 2NaAlO 2 + 2Na 2 O + 3H 2 ... (3)

Способ получения боргидрида натрия согласно второму осуществлению, включающему введение гидроксида металла (например, NaOH), может давать боргидрид натрия главным образом двумя путями. Когда используется оксид металла (например, CaO), этот способ предпочтительно выполняют по первой схеме, поскольку содержание воды мало.The method for producing sodium borohydride according to the second embodiment, including introducing a metal hydroxide (eg, NaOH), can produce sodium borohydride mainly in two ways. When a metal oxide (eg CaO) is used, this method is preferably carried out according to the first scheme, since the water content is low.

Ниже, способ получения боргидрида натрия с использованием введения гидроксида металла (например, NaOH) будет описан со ссылками на фиг. 6 - 7.Below, a method for preparing sodium borohydride using the introduction of a metal hydroxide (eg, NaOH) will be described with reference to FIG. 6 - 7.

Фиг. 6 представляет технологическую схему синтеза боргидрида натрия (SBH) из метабората натрия в качестве ингредиента, включающую удаление воды в атмосфере водорода.Fig. 6 is a flow chart for the synthesis of sodium borohydride (SBH) from sodium metaborate as an ingredient, including removal of water under a hydrogen atmosphere.

Фиг. 7 представляет технологическую схему синтеза боргидрида натрия (SBH) из метабората натрия в качестве ингредиента, включающую удаление воды посредством высушивания при пониженном давлении без введения водорода с последующим проведением реакции в атмосфере водорода.Fig. 7 is a flow chart for the synthesis of sodium borohydride (SBH) from sodium metaborate as an ingredient, including removing water by drying under reduced pressure without introducing hydrogen, followed by reacting under a hydrogen atmosphere.

Как показано на фиг. 6, первый способ получения боргидрида натрия согласно второму осуществлению включает этап сушки (S-21), на котором метаборат натрия высушивают при температуре 280°C или выше, этап смешивания и контактирования (S-22), на котором гидроксид щелочного металла, борат натрия и алюминий приводят в контакт и смешивают с высушенным боратом при комнатной температуре, этап удаления воды (S-23), на котором смесь вступает в реакцию в процессе дегидратации в статичных условиях при температуре не ниже 400°C в атмосфере газообразного водорода, тем самым удаляя воду, и этап формирования боргидрида SBH (S-24), на котором алюминиевые частицы подвергаются реакции окисления с водой, образующейся на этапе удаления воды (S-23), с формированием слоя оксида алюминия и натрия, представленной химическим уравнением (I) ниже и проходящей от поверхности в направлении внутрь алюминиевых частиц, и затем проводят реакцию смеси при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C, при перемешивании для образования боргидрида натрия (SBH).As shown in FIG. 6, the first method for producing sodium borohydride according to the second embodiment includes a drying step (S-21), in which sodium metaborate is dried at a temperature of 280°C or higher, a mixing and contacting step (S-22), in which an alkali metal hydroxide, sodium borate and aluminum is brought into contact and mixed with the dried borate at room temperature, water removal step (S-23), in which the mixture reacts by dehydration under static conditions at a temperature of not less than 400°C in an atmosphere of hydrogen gas, thereby removing water, and the SBH borohydride formation step (S-24) in which the aluminum particles undergo an oxidation reaction with the water generated in the water removal step (S-23) to form a layer of alumina and sodium, represented by the chemical equation (I) below and passing from the surface towards the inside of the aluminum particles, and then reacting the mixture at a temperature of not lower than 400°C and not higher than 560°C, with stirring, to form sodium borohydride (SBH).

xNa2O⋅Al2O3 …·(I)xNa 2 O⋅Al 2 O 3 ... (I)

где 0 < x < 1.where 0 < x < 1.

Кроме того, как показано на фиг. 7, второй способ получения боргидрида натрия согласно второму осуществлению включает этап высушивания (S-31) на котором метаборат натрия сушат при температуре 280°C или выше, этап смешивания и контактирования (S-32), на котором гидроксид щелочного металла, борат натрия и алюминий приводят в контакт и смешивают с высушенным боратом при комнатной температуре, этап удаления воды (S-33) посредством сушки при пониженном давлении, на котором смесь нагревают при температуре не ниже 400°C при пониженном давлении и проводят реакцию путем дегидратации в статическом состоянии, тем самым удаляя воду, и этап формирования боргидрида SBH (S-34), на котором алюминиевые частицы подвергают реакции окисления водой, генерируемой на этапе удаления воды (S-33) для формирования слоя оксида натрия и алюминия, представленной химическим уравнением формулой (I) и проходящей в направлении от поверхности внутрь алюминиевых частиц, после чего проводят реакцию в смеси при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C при перемешивание в атмосфере газообразного водорода, для формирования боргидрида натрия (SBH).Moreover, as shown in FIG. 7, the second method for producing sodium borohydride according to the second embodiment includes a drying step (S-31) in which the sodium metaborate is dried at a temperature of 280°C or higher, a mixing and contacting step (S-32) in which an alkali metal hydroxide, sodium borate and aluminum is brought into contact and mixed with the dried borate at room temperature, a water removal step (S-33) by drying under reduced pressure, in which the mixture is heated at a temperature of not less than 400°C under reduced pressure and reacted by dehydration in a static state, thereby removing water, and the SBH borohydride formation step (S-34), in which the aluminum particles are subjected to an oxidation reaction with water generated in the water removal step (S-33) to form a sodium aluminum oxide layer represented by the chemical equation of formula (I) and passing in the direction from the surface into the aluminum particles, after which the reaction is carried out in the mixture at a temperature of not lower than 400°C and not higher than 560°C with stirring in an atmosphere of hydrogen gas to form sodium borohydride (SBH).

xNa2O⋅Al2O3 …·(I)xNa 2 O⋅Al 2 O 3 ... (I)

где 0 < x < 1.where 0 < x < 1.

Во втором способе получения боргидрида натрия согласно второму осуществлению, показанному на фиг. 7, сначала удаляют воду из системы путем высушивания при пониженном давлении. Таким образом, этот второй способ подходит в случае, когда ингредиенты содержат много воды (например, 2% или более). Когда дегидратация обеспечивается только металлическим алюминием, как в случае первого способа получения боргидрида натрия согласно второму осуществлению, показанного на фиг. 6, ингредиенты не удается полностью дегидратировать, если содержание воды велико (например, 10% или более). В этом случае второй способ предпочтительнее.In the second method for producing sodium borohydride according to the second embodiment shown in FIG. 7, first remove water from the system by drying under reduced pressure. Thus, this second method is suitable when the ingredients contain a lot of water (for example, 2% or more). When dehydration is provided only by aluminum metal, as in the case of the first method for producing sodium borohydride according to the second embodiment shown in FIG. 6, Ingredients cannot be completely dehydrated if the water content is high (such as 10% or more). In this case, the second method is preferable.

В изобретении будет дополнительно описан первый способ получения боргидрида натрия согласно второму осуществлению, показанному на фиг. 6. Воду из гидроксида щелочного металла нагревают до температуры реакции и удаляют путем реакции с алюминием в течение по меньшей мере 10 мин без столкновений со средой размола, поддерживая температуру реакции. В дальнейшем в описании такая дегидратация будет называться «реакционной дегидратацией».The invention will further describe a first method for producing sodium borohydride according to the second embodiment shown in FIG. 6. The alkali metal hydroxide water is heated to reaction temperature and removed by reacting with the aluminum for at least 10 minutes without contact with the grinding medium, maintaining the reaction temperature. In the following description, such dehydration will be referred to as “reactive dehydration.”

Ниже дегидратация будет описана с использованием гидроксида натрия (NaOH) в качестве типичного примера гидроксидов щелочных металлов. Когда вода, генерируемая из гидроксида натрия, поддерживается при высокой температуре в условиях отсутствия столкновений со средой размола, она вступает в реакцию с алюминием с получением водорода. Образующийся при этом оксид алюминия координирован с оксидом натрия (Na2O), представляющим собой оксид металла, образующийся в то же время, и нейтрализует оксид натрия с образованием диоксида натрия и алюминия (NaAlO2 = Na2O⋅Al2O3). При выдержке при высокой температуре в статических условиях этот диоксид выделяет оксид натрия (Na2O) и превращается в стабильный β"-оксид алюминия (0,17Na2O⋅Al2O3) или β-оксид алюминия (0,09Na2O·Al2O3), который в результате имеет формулу xNa2O⋅Al2O3 (0,09 < x < 1). В результате кристаллизации, xNa2O⋅Al2O3 имеет более стабильную структуру, чем диоксид натрия и алюминия, и достигает высокой прочности вследствие сильных связей в Al2O3. В дальнейшем в описании слой xNa2O⋅Al2O3 с повышенной прочностью будет называться «твердая оболочка».Dehydration will be described below using sodium hydroxide (NaOH) as a typical example of alkali metal hydroxides. When the water generated from sodium hydroxide is maintained at high temperature under non-collision conditions with the grinding media, it reacts with the aluminum to produce hydrogen. The resulting aluminum oxide coordinates with sodium oxide (Na 2 O), which is a metal oxide formed at the same time, and neutralizes sodium oxide to form sodium and aluminum dioxide (NaAlO 2 = Na 2 O⋅Al 2 O 3 ). When held at high temperature under static conditions, this dioxide releases sodium oxide (Na 2 O) and turns into stable β "-aluminum oxide (0.17 Na 2 O⋅Al 2 O 3 ) or β-aluminum oxide (0.09 Na 2 O ·Al 2 O 3 ), which as a result has the formula xNa 2 O⋅Al 2 O 3 (0.09 < x < 1). As a result of crystallization, xNa 2 O⋅Al 2 O 3 has a more stable structure than sodium dioxide and aluminum, and achieves high strength due to strong bonds in Al 2 O 3. In the following, in the description, the xNa 2 O⋅Al 2 O 3 layer with increased strength will be called the “hard shell”.

В описании слои оксида натрия и алюминия (xNa2O⋅Al2O3; 0 < x < 1), образованные из β"-оксида алюминия (0,17Na2O⋅Al2O3) или β-оксида алюминия (0,09Na2O⋅Al2O3), называются твердыми электролитами на основе бета-оксида алюминия. Такие твердые электролиты на основе бета-оксида алюминия являются суперионными проводниками, имеющими ионы натрия, распределенные между двумерными слоями, образованными блоками оксида алюминия, и эти ионы натрия движутся с высокой скоростью между этими слоями.In the description, layers of sodium and aluminum oxide (xNa 2 O⋅Al 2 O 3 ; 0 < x < 1) formed from β"-aluminum oxide (0.17Na 2 O⋅Al 2 O 3 ) or β-aluminum oxide (0 .09Na 2 O⋅Al 2 O 3 ) are called beta-alumina solid electrolytes. Such beta-alumina solid electrolytes are superionic conductors having sodium ions distributed between two-dimensional layers formed by alumina blocks, and these Sodium ions move at high speed between these layers.

Слой диоксида натрия и алюминия сразу же после образования является мягким. Этот мягкий слой диоксида натрия и алюминия будет далее называться «мягкой оболочкой». Когда осуществляется перемешивание среды размола, эта мягкая оболочка отделяется от алюминиевых частиц даже при перемешивании в мягких условиях.The layer of sodium and aluminum dioxide is soft immediately after formation. This soft layer of sodium dioxide and aluminum will be referred to hereafter as the "soft shell". When the grinding medium is agitated, this soft shell is separated from the aluminum particles, even under mild agitation conditions.

Диоксид натрия и алюминия, отделенный от алюминиевых частиц, имеет небольшие размеры и попадает на место с высокой кинетической энергией и потому менее склонен к кристаллизации в β-оксид алюминия, выделяя немного оксида натрия. После выделения, оксид натрия находится на удалении от поверхности алюминия и не может восстанавливаться алюминием.The sodium and aluminum dioxide separated from the aluminum particles are small in size and arrive at the site with high kinetic energy and are therefore less likely to crystallize into β-alumina, releasing some sodium oxide. Once released, sodium oxide is located away from the aluminum surface and cannot be reduced by aluminum.

Целью добавления гидроксида щелочного металла является увеличение количества оксида металла (оксида натрия (Na2O)) на поверхности алюминия, и поэтому предпочтительно выдерживать смесь при температуре нагрева без перемешивания до тех пор, пока не завершится дегидратация.The purpose of adding alkali metal hydroxide is to increase the amount of metal oxide (sodium oxide (Na 2 O)) on the surface of the aluminum, and therefore it is preferable to keep the mixture at heating temperature without stirring until dehydration is complete.

Твердая оболочка, полученная посредством реакционной дегидратации, защищает место реакции на поверхности алюминия от мягкого перемешивания. Кроме того, твердая оболочка из β"-оксида алюминия (xNa2O⋅Al2O3) имеет подходящую проницаемость для ионов и позволяет ионам натрия, бора, алюминия, кислорода и водорода перемещаться в пределах твердой оболочки посредством диффузии. В частности, ионы натрия могут перемещаться с высокой скоростью миграции. На границе алюминия, где происходит реакция восстановления, оксид натрия (Na2O), выделяющийся из диоксида натрия и алюминия в результате продолжения образования β"-оксида алюминия и β-оксида алюминия, восстанавливается алюминием до металлического натрия. Образовавшийся в результате металлический натрий обладает низкой растворимостью в алюминии в твердой фазе и накапливается на поверхности и в дефектах, таких как границы кристаллических зерен.The hard shell obtained by reaction dehydration protects the reaction site on the aluminum surface from gentle mixing. In addition, the β"-alumina (xNa 2 O⋅Al 2 O 3 ) hard shell has suitable ion permeability and allows sodium, boron, aluminum, oxygen and hydrogen ions to move within the hard shell through diffusion. In particular, ions sodium can move with a high migration rate. At the aluminum boundary, where the reduction reaction occurs, sodium oxide (Na 2 O), released from sodium dioxide and aluminum as a result of the continued formation of β"-alumina and β-alumina, is reduced by aluminum to metallic sodium The resulting sodium metal has low solubility in solid phase aluminum and accumulates on the surface and in defects such as crystal grain boundaries.

Металлический натрий, присутствующий на поверхности алюминия, восстанавливает газообразный водород, и металлический натрий, накопленный в дефектах алюминия, восстанавливает атомы водорода, образуя, таким образом, гидрид натрия (NaH). Гидрид натрия легко проходит сквозь твердую оболочку и диффундирует в эту твердую оболочку и из нее. Когда оксид бора (B2O3) диффундирует в область вблизи от гидрида натрия (NaH), этот гидрид натрия лишается водорода (гидрид-иона) под воздействием оксида бора с образованием боргидрида натрия (SBH), как показывает уравнение реакции (4) ниже.Sodium metal present on the surface of aluminum reduces hydrogen gas, and sodium metal accumulated in defects in aluminum reduces hydrogen atoms, thereby forming sodium hydride (NaH). Sodium hydride easily passes through the hard shell and diffuses into and out of the hard shell. When boron oxide (B 2 O 3 ) diffuses into the area near sodium hydride (NaH), this sodium hydride is stripped of hydrogen (hydride ion) by boron oxide to form sodium borohydride (SBH), as shown by reaction equation (4) below .

8NaH + B2O3 → 3Na2O + 2NaBH4 … (4)8NaH + B 2 O 3 → 3Na 2 O + 2NaBH 4 ... (4)

Эта реакция восстановления дает боргидрид натрия, и частично возвращает оксид натрия. Миграция ионов в твердой оболочке происходит главным образом с ионами натрия, но небольшое количество ионов бора также движутся внутрь твердой оболочки, так что реакция образования боргидрида натрия также происходит внутри твердой оболочки. Оксид натрия, необходимый для реакции, поступает извне сквозь твердую оболочку, и реакция продолжается непрерывно.This reduction reaction produces sodium borohydride, and partially returns sodium oxide. The migration of ions in the solid shell occurs mainly with sodium ions, but a small number of boron ions also move into the solid shell, so that the reaction to form sodium borohydride also occurs within the solid shell. The sodium oxide required for the reaction is supplied from outside through the solid shell, and the reaction continues continuously.

Эта реакция восстановления происходит в областях алюминия, обогащенных металлическим натрием, и вследствие этого продолжается на поверхности алюминия и в кристаллических дефектах в алюминии. В то же время, реакция замещения протекает в широком диапазоне областей в результате миграции гидрида натрия.This reduction reaction occurs in regions of aluminum enriched in sodium metal and consequently continues on the surface of the aluminum and in crystalline defects in the aluminum. At the same time, the substitution reaction occurs in a wide range of regions as a result of the migration of sodium hydride.

Далее протекающие реакции будут описаны подробно со ссылками на упрощенные схемы реакции (фиг. 8A –8G), иллюстрирующие этапы реакций образования боргидрида натрия (SBH) с использованием гидроксида натрия (NaOH) в качестве гидроксида щелочного металла для получения повышенного количества оксида металла (оксида натрия (Na2O)).The reactions will now be described in detail with reference to simplified reaction schemes (FIGS. 8A to 8G) illustrating the reaction steps for the formation of sodium borohydride (SBH) using sodium hydroxide (NaOH) as the alkali metal hydroxide to produce an increased amount of metal oxide (sodium oxide (Na 2 O)).

На фиг. 8A – фиг. 8G представлены упрощенные схемы реакции, иллюстрирующие этапы реакции синтеза боргидрида натрия (SBH).In fig. 8A - fig. 8G shows simplified reaction schemes illustrating the reaction steps for the synthesis of sodium borohydride (SBH).

На поверхности частицы алюминия (Al) 101, как показано на фиг. 8A, присутствует пленка оксида (Al2O3·H2O) 102, образованная в результате естественного окисления. Эта пленка оксида 102, полученная в результате естественного окисления, представляет собой плотный слой толщиной 0,01 мкм.On the surface of the aluminum (Al) particles 101, as shown in FIG. 8A, there is a film of oxide (Al 2 O 3 ·H 2 O) 102 formed as a result of natural oxidation. This oxide 102 film, obtained by natural oxidation, is a dense layer with a thickness of 0.01 μm.

Как показано на фиг. 8B, пленка оксида (Al2O3⋅H2O) 102 на поверхности частицы алюминия 101, растворяется в воде, генерируемой из гидроксида натрия 103 и в гидроксиде натрия (NaOH) 103. В результате этого растворении гидроксид натрия (NaOH) начинает реагировать непосредственно с поверхностью (с вновь обнаженной поверхностью) частицы алюминия 101.As shown in FIG. 8B, the oxide film (Al 2 O 3 ⋅H 2 O) 102 on the surface of the aluminum particle 101 is dissolved in water generated from sodium hydroxide 103 and in sodium hydroxide (NaOH) 103. As a result of this dissolution, sodium hydroxide (NaOH) begins to react directly with the surface (with the newly exposed surface) of the aluminum 101 particle.

Когда алюминиевая частица 101 нагрета и температура находится в диапазоне 300°C и ниже, окисление вызывается водой, генерируемой из гидроксида натрия (NaOH) 103, и алюминий реагирует с гидроксидом натрия, как показывает уравнение реакции (5) ниже с образованием мягкого слоя бемита (Al2O3⋅xH2O) 104, оксида натрия (Na2O) 105 и водорода (H2) 106.When the aluminum particle 101 is heated and the temperature is in the range of 300°C and below, oxidation is caused by water generated from sodium hydroxide (NaOH) 103, and aluminum reacts with sodium hydroxide as shown by reaction equation (5) below to form a soft layer of boehmite ( Al 2 O 3 ⋅xH 2 O) 104, sodium oxide (Na 2 O) 105 and hydrogen (H 2 ) 106.

4NaOH + 2Al + H2O → Al2O3⋅H2O + Na2O + 2H2 … (5)4NaOH + 2Al + H 2 O → Al 2 O 3 ⋅H 2 O + Na 2 O + 2H 2 ... (5)

Слой бемита (Al2O3⋅H2O) 104 выделяет наибольшую часть своей воды при температуре 230°C – 300°C или около 500°C. К тому же, гидроксид натрия (NaOH) плавится при температуре около 320°C и вступает в реакцию непосредственно с алюминием (Al) с образованием Na2O, Al2O3 и H2.The boehmite layer (Al 2 O 3 ⋅H 2 O) 104 releases most of its water at a temperature of 230°C – 300°C or about 500°C. In addition, sodium hydroxide (NaOH) melts at about 320°C and reacts directly with aluminum (Al) to form Na 2 O, Al 2 O 3 and H 2 .

Как показано на фиг. 8C, оксид натрия (Na2O) 105 и оксид алюминия (Al2O3) связываются друг с другом, как показывают уравнения реакции (6) – (9) ниже, с формированием мягкой оболочки 107, состоящей из диоксида натрия и алюминии (Na2O·Al2O3).As shown in FIG. 8C, sodium oxide (Na 2 O) 105 and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) combine with each other, as shown by reaction equations (6) - (9) below, to form a soft shell 107 consisting of sodium dioxide and aluminum ( Na 2 O Al 2 O 3 ).

6NaOH + 2Al → Na2O⋅Al2O3 + 2Na2O + 3H2 … (6)6NaOH + 2Al → Na 2 O⋅Al 2 O 3 + 2Na 2 O + 3H 2 ... (6)

Al2O3·H2O → Al2O3 + H2O … (7)Al 2 O 3 ·H 2 O → Al 2 O 3 + H 2 O ... (7)

3H2O + 2Al → Al2O3 + 3H2 … (8)3H 2 O + 2Al → Al 2 O 3 + 3H 2 ... (8)

Na2O + Al2O3 → Na2O⋅Al2O3 … (9)Na 2 O + Al 2 O 3 → Na 2 O⋅Al 2 O 3 ... (9)

Как показано на фиг. 8D, слой мягкой оболочки 107, образованный из диоксида натрия и алюминия (Na2O·Al2O3), постепенно превращается в бета-прим оксид алюминия (β"-оксид алюминия) 0,17Na2O·Al2O3 путем нагрева до высокой температуры не ниже 400°C с течением времени. В процессе образования этого бета-оксида алюминия, мягкая оболочка выделяет часть Na2O (0,8Na2O) 105 и образует твердую оболочку 108, состоящую из β"-оксида алюминия. Твердая оболочка 108, полученная в результате формирования β"-оксида алюминия, представляет собой твердый электролит с суперионной проводимостью, проницаемый для ионов, таких как, например, H+, Na+, O2-, B3+ и Al3+.As shown in FIG. 8D, the soft shell layer 107 formed from sodium aluminum dioxide (Na 2 O·Al 2 O 3 ) is gradually converted into beta-prime aluminum oxide (β"-alumina) 0.17Na 2 O·Al 2 O 3 by heating to a high temperature of at least 400°C over time. During the formation of this beta-alumina, the soft shell releases part of Na 2 O (0.8 Na 2 O) 105 and forms a hard shell 108 consisting of beta"-alumina . The solid shell 108 resulting from the formation of β"-alumina is a superionically conductive solid electrolyte permeable to ions such as, for example, H + , Na + , O 2 - , B 3+ and Al 3+ .

Как показано на фиг. 8E, выделившаяся часть оксида натрия (Na2O) 105 входит в контакт с алюминием и частично восстанавливается алюминием с образованием металлического натрия (Na) 109 и оксида алюминия (Al2O3). Оксид алюминия связывается с оксидом натрия с образованием диоксида натрия и алюминия, который затем превращается в β"-оксид алюминия. Металлический натрий (Na) 109 имеет низкую растворимость в алюминии в твердой фазе и накапливается на поверхности алюминия и в кристаллических дефектах.As shown in FIG. 8E, the liberated portion of sodium oxide (Na 2 O) 105 comes into contact with aluminum and is partially reduced by aluminum to form sodium metal (Na) 109 and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Aluminum oxide combines with sodium oxide to form sodium aluminum dioxide, which is then converted to β"-alumina. Sodium metal (Na) 109 has low solubility in solid phase aluminum and accumulates on the aluminum surface and in crystalline defects.

Как показано на фиг. 8F, газообразный водород (H2) проходит сквозь твердую оболочку β"-оксида алюминия и диссоциирует, распадаясь на атомы водорода, которые затем входят внутрь частицы алюминия 101. Атомы водорода вступают в реакцию с металлическим натрием (Na), концентрация которого повышена у поверхности алюминия и в кристаллических дефектах алюминия, образуя тем самым гидрид натрия (NaH) 110. Образовавшийся в результате гидрид натрия (NaH) 110 покидает частицу алюминия 101, переходя в фазу продуктов, и диффундирует сквозь эту фазу продуктов. Кроме того, гидрид натрия (NaH) 110 накапливается и остается также в кристаллических дефектах частицы алюминия (Al) 101.As shown in FIG. 8F, hydrogen gas (H 2 ) passes through the solid shell of β"-aluminum oxide and dissociates, breaking up into hydrogen atoms, which then enter the interior of the aluminum 101 particle. The hydrogen atoms react with sodium metal (Na), the concentration of which is increased at the surface aluminum and in crystalline defects of aluminum, thereby forming sodium hydride (NaH) 110. The resulting sodium hydride (NaH) 110 leaves the aluminum particle 101, passing into the product phase, and diffuses through this product phase. In addition, sodium hydride (NaH ) 110 accumulates and also remains in the crystalline defects of the aluminum (Al) 101 particle.

Как показано на фиг. 8G, гидрид натрия (NaH) 110 реагирует с триоксидом дибора (B2O3) 111 с образованием боргидрида натрия (SBH) 112 и оксида натрия (Na2O) 105. Кроме того, гидрид натрия (NaH), накопившийся в кристаллических дефектах частицы алюминия 101, вступает в реакцию с триоксидом дибора (B2O3) 111, продиффундировавшим в эти дефекты, формируя таким образом боргидрид натрия (SBH) 112 и оксид натрия (Na2O) 105.As shown in FIG. 8G, sodium hydride (NaH) 110 reacts with diboron trioxide (B 2 O 3 ) 111 to form sodium borohydride (SBH) 112 and sodium oxide (Na 2 O) 105. In addition, sodium hydride (NaH) accumulated in crystal defects aluminum particles 101, reacts with diboron trioxide (B 2 O 3 ) 111, diffused into these defects, thus forming sodium borohydride (SBH) 112 and sodium oxide (Na 2 O) 105.

Кроме того, гидрид натрия (NaH) 110, диффундирующий в твердой оболочке 108 β"-оксида алюминия, встречается с триоксидом дибора (B2O3) 111 и вступает с ним в реакцию с образованием боргидрида натрия (SBH) 112 и оксида натрия (Na2O) 105.In addition, sodium hydride (NaH) 110, diffusing in the solid shell 108 of β"-alumina, meets diboron trioxide (B 2 O 3 ) 111 and reacts with it to form sodium borohydride (SBH) 112 and sodium oxide ( Na 2 O) 105.

Как описано выше, гидрид 110 натрия (NaH) вступает в реакцию на поверхности и внутри алюминиевой (Al) частицы 101, и также в фазе продуктов. Продукты реакции группируются на границах кристаллических зерен и в дефектах алюминиевой (Al) частицы 101, которые обогащены нитридом натрия (NaH). Микроструктура алюминиевой (Al) частицы 101 иногда разбита на тонкие сегменты продуктом реакции, образовавшимся в пределах твердой оболочки 108 из β"-оксида алюминия.As described above, sodium hydride (NaH) 110 reacts on the surface and within the aluminum (Al) particle 101, and also in the product phase. The reaction products are grouped at the boundaries of crystal grains and in defects of the aluminum (Al) particle 101, which are enriched with sodium nitride (NaH). The microstructure of the aluminum (Al) particle 101 is sometimes broken into thin segments by the reaction product formed within the β"-alumina solid shell 108.

Гидрид натрия (NaH) имеет небольшой размер молекул и может диффундировать легче, чем триоксид дибора (B2O3). Таким образом, гидрид натрия, хотя и находится в твердом состоянии, может перемещаться из частицы алюминия (Al) 101 и удаляться от нее (области, расположенные на удалении от поверхности частицы алюминия) в направлении реакционных зон, где еще остается ингредиент. В результате скорость реакции и выход реакции увеличиваются.Sodium hydride (NaH) has a small molecular size and can diffuse more easily than diboron trioxide (B 2 O 3 ). Thus, sodium hydride, although in a solid state, can move in and away from the aluminum (Al) particle 101 (regions located away from the surface of the aluminum particle) towards the reaction zones where the ingredient still remains. As a result, the reaction rate and reaction yield increase.

На фиг. 9A представлено изображение, иллюстрирующее результат анализа (SEM) гранулы, приготовленной путем смешивания метабората натрия и алюминия. Здесь гранула метабората натрия и алюминия имеет отношение Na/B = 1 и размер частиц алюминия Al равный 30 мкм. Как показано на фиг. 9A, частицы алюминия 101 представляют собой слегка уплощенные зерна, а метаборат натрия образует однородную структуру.In fig. 9A is an image illustrating the analysis result (SEM) of a granule prepared by mixing sodium metaborate and aluminum. Here, the sodium-aluminum metaborate granule has a Na/B ratio of 1 and an Al particle size of 30 µm. As shown in FIG. 9A, the aluminum 101 particles are slightly flattened grains, and the sodium metaborate forms a uniform structure.

На фиг. 9B представлено изображение в отраженных электронах, зафиксированное в части, указывающей на протекание реакции в тестовом примере 12, описанном далее и включающем добавление гидроксида натрия, вместе с результатом анализа SEM. Увеличение изображения приблизительно в 3 раза выше относительно размера фиг. 9A.In fig. 9B is an electron backscatter image captured at a portion indicating the progress of the reaction in Test Example 12 described later involving the addition of sodium hydroxide, along with the result of the SEM analysis. The image magnification is approximately 3 times higher relative to the size of Fig. 9A.

На фиг. 9B, Na и B вероятно входят в NaBH4 (SBH); O, B и Na вероятно входят в метаборат натрия (NaBO2); Na, Al, B и O вероятно входят в NaBH4 (SBH) + оксид натрия (Na2O) + триоксид дибора (B2O3) + оксид алюминия (Al2O3); O, Al, Na и B вероятно входят в оксид алюминия (Al2O3) + оксид натрия (Na2O) + триоксид дибора (B2O3) + NaBH4 (SBH); и Na и O вероятно входят в оксид натрия (Na2O).In fig. 9B, Na and B are probably included in NaBH 4 (SBH); O, B and Na are probably included in sodium metaborate (NaBO 2 ); Na, Al, B and O are probably included in NaBH 4 (SBH) + sodium oxide (Na 2 O) + diboron trioxide (B 2 O 3 ) + aluminum oxide (Al 2 O 3 ); O, Al, Na and B are probably included in aluminum oxide (Al 2 O 3 ) + sodium oxide (Na 2 O) + diboron trioxide (B 2 O 3 ) + NaBH 4 (SBH); both Na and O are probably included in sodium oxide (Na 2 O).

Как показано на фиг. 9B, твердая оболочка 108 образована в частице алюминия 101, представленной на фиг. 8D выше, и реакция синтеза боргидрида натрия (SBH) протекает внутри твердой оболочки 108. Изображение показывает, что внутри твердой оболочки 108, часть оксида натрия (Na2O) (0,8Na2O) 105 была выделена и образовала боргидрид натрия (SBH) 112.As shown in FIG. 9B, a hard shell 108 is formed in the aluminum particle 101 shown in FIG. 8D above, and the synthesis reaction of sodium borohydride (SBH) occurs inside the solid shell 108. The image shows that inside the solid shell 108, part of the sodium oxide (Na 2 O) (0.8 Na 2 O) 105 was released and formed sodium borohydride (SBH ) 112.

Кроме того, боргидрид натрия (SBH) 112 плавится при температуре реакции (около 500°C), и расплавы объединяются. Этот боргидрид натрия (SBH) 112, представляющий собой результат накопления расплавов, собирается в трещинах частицы алюминия 101. Кроме того, реакция продолжается вдоль этой трещины, и выход продукта этой реакции увеличивается.In addition, sodium borohydride (SBH) 112 melts at the reaction temperature (about 500°C) and the melts are combined. This sodium borohydride (SBH) 112, which is the result of the accumulation of melts, collects in the cracks of the aluminum particle 101. Moreover, the reaction continues along this crack, and the yield of the product of this reaction increases.

На фиг. 9C представлено изображение в отраженных электронах, иллюстрирующее состояние после завершения реакции в описанном далее тестовом примере 12, включающем добавление гидроксида натрия. Увеличение изображения приблизительно в 6 раз выше относительно размера фиг. 9A.In fig. 9C is an electron backscatter image illustrating the state after completion of the reaction in the following Test Example 12 involving the addition of sodium hydroxide. The image magnification is approximately 6 times higher relative to the size of Fig. 9A.

Как показано на фиг. 9C, где представлена структура твердой оболочки 108 β"-оксида алюминия, эта оболочка содержит боргидрид натрия (SBH). Эта твердая оболочка раздроблена на тонкие сегменты.As shown in FIG. 9C, which shows the structure of the β"-alumina hard shell 108, this shell contains sodium borohydride (SBH). This hard shell is fragmented into thin segments.

На фиг. 10A представлено изображение в отраженных электронах, зафиксированное в ходе реакции в тестовом примере 12, описанном далее, до элементного анализа SEM. На фиг. 10B представлено изображение после анализа SEM, иллюстрирующее позиции точек анализа и результаты оценки содержания химических веществ. Увеличение фиг. 10B составляет около 2 раз в относительно размера фиг. 10A. На фиг. 10C представлена таблица, иллюстрирующая результаты (атомные проценты (%)) для точек анализа SEM, выполненного после анализа, в точках, соответствующих номерам на фиг. 10A. Далее будут обсуждаться выделенные вещества, видимые на изображении в отраженных электронах, после анализа, проиллюстрированного на фиг. 10B. Например, участок 6 на фиг. 10B соответствует точке No. 6 анализа на фиг. 10C и рассматривается в качестве гидрида натрия (NaH). Гидрид натрия (NaH) расплавляется при интенсивном облучении электронным пучком и таким образом, вероятно, выделяется. Исходя из предположения, что эти выделения представляли собой гидрид натрия, много гидрида натрия (NaH) было обнаружено на границах структур xNa2O·Al2O3. Гидрид натрия (NaH) был также обнаружен в небольших количествах в слоях структур xNa2O·Al2O3. В то же время, гидрид натрия (NaH) совсем не был обнаружен в областях вне слоев твердых оболочек, где по-прежнему присутствует метаборат натрия (NaBO2).In fig. 10A is an electron backscatter image captured during the reaction of Test Example 12 described below prior to SEM elemental analysis. In fig. 10B is an image after SEM analysis illustrating the positions of analysis points and the evaluation results of chemical contents. Enlargement of Fig. 10B is about 2 times the size of FIG. 10A. In fig. 10C is a table illustrating the results (atomic percentages (%)) for the SEM analysis points performed after the analysis at the points corresponding to the numbers in FIG. 10A. The isolated substances visible in the electron backscatter image will be discussed next following the analysis illustrated in FIG. 10B. For example, section 6 in FIG. 10B corresponds to point No. 6 analysis in Fig. 10C and is considered as sodium hydride (NaH). Sodium hydride (NaH) melts under intense electron beam irradiation and is thus likely released. Based on the assumption that these precipitates were sodium hydride, much sodium hydride (NaH) was found at the boundaries of xNa 2 O·Al 2 O 3 structures. Sodium hydride (NaH) was also found in small quantities in the layers of xNa 2 O·Al 2 O 3 structures. At the same time, sodium hydride (NaH) was not detected at all in areas outside the solid shell layers, where sodium metaborate (NaBO 2 ) is still present.

На фиг. 11A представлено изображение в отраженных электронах по завершении реакции в тестовом примере 12, описанном далее, до элементного анализа. На фиг. 11B представлено изображение SEM после анализа. На фиг. 11C представлена таблица, иллюстрирующая результаты (атомные проценты (%)) для точек анализа SEM, полученные до элементного анализа. На этих чертежах показано, что гидрид натрия (NaH) генерируется там, где присутствует xNa2O·Al2O3. Кроме того, метаборат натрия (NaBO2) присутствует в точке 13, указанной на фиг. 11B, и эта точка не содержит выделений, показывая, что здесь не было гидрида натрия (NaH).In fig. 11A is an electron backscatter image at the completion of the reaction in Test Example 12 described below, prior to elemental analysis. In fig. 11B is an SEM image after analysis. In fig. 11C is a table illustrating the results (atomic percentages (%)) for SEM analysis points obtained prior to elemental analysis. These drawings show that sodium hydride (NaH) is generated where xNa 2 O·Al 2 O 3 is present. In addition, sodium metaborate (NaBO 2 ) is present at point 13 indicated in FIG. 11B, and this point contains no precipitates, indicating that there was no sodium hydride (NaH) present.

Третье осуществлениеThird implementation

Способ получения боргидрида натрия в третьем осуществлении включает этапы с первого этапа по третий этап, описанные в способе получения боргидрида натрия в первом осуществлении. Описание признаков этапов, являющихся такими же, как в первом осуществлении, будут опущены, а будет приведено описание признаков, отличающихся от признаков первого осуществления. Третье осуществление отличается от первого осуществления в том, что вместо бората натрия на первом этапе в третьем осуществлении используют диборат натрия (Na4B2O5).The method for producing sodium borohydride in the third embodiment includes the steps of the first step to the third step described in the method for producing sodium borohydride in the first embodiment. Descriptions of features of steps that are the same as in the first embodiment will be omitted, and descriptions of features different from those of the first embodiment will be given. The third embodiment differs from the first embodiment in that instead of sodium borate in the first step, the third embodiment uses sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ).

В настоящем осуществлении, диборат натрия (Na4B2O5) готовят заранее путем добавления гидроксида натрия к борату натрия. Na/B (в молях) в диборате натрия (Na4B2O5) составляет 2.In the present embodiment, sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) is prepared in advance by adding sodium hydroxide to sodium borate. Na/B (in moles) in sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) is 2.

Диборат натрия (Na4B2O5) готовят следующим образом. Тетраборат натрия (гидрат) или метаборат натрия (гидрат) и гидроксид натрия отбирают в таких количествах, чтобы отношение Na/B составило 2, и загружают в устойчивый к щелочам сосуд, такой как никелевый сосуд. Далее сосуд нагревают для получения расплава гидрата бората натрия и поддерживают этот расплав в расплавленном состоянии посредством нагрева, избегая при этом бурления, для испарения воды и уменьшения содержания воды. После этого расплав затвердевает. Полученный твердый материал, содержащий гидрат, нагревают до 400°C и выдерживают при этой температуре в течение 1 – 4 часов для получения твердой смеси оксида натрия и дибората натрия. Когда Na/B = 2 или менее, продукт представляет собой смесь дибората натрия и метабората натрия. При более высоком отношении продукт представляет собой смесь дибората натрия и оксида натрия. Полученное твердое вещество является в высокой степени гигроскопичным, так что его желательно сохранять в резервуаре, совсем не содержащем воду или содержащем очень мало воды, либо его желательно размалывать в порошок в безводной атмосфере непосредственно перед использованием.Sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) is prepared as follows. Sodium tetraborate (hydrate) or sodium metaborate (hydrate) and sodium hydroxide are taken in such quantities that the Na/B ratio is 2, and loaded into an alkali-resistant vessel, such as a nickel vessel. The vessel is then heated to produce a molten sodium borate hydrate and the melt is maintained in a molten state by heating while avoiding boiling to evaporate the water and reduce the water content. After this, the melt solidifies. The resulting solid material containing the hydrate is heated to 400°C and maintained at this temperature for 1 – 4 hours to obtain a solid mixture of sodium oxide and sodium diborate. When Na/B = 2 or less, the product is a mixture of sodium diborate and sodium metaborate. At higher ratios the product is a mixture of sodium diborate and sodium oxide. The resulting solid is highly hygroscopic so that it is desirably stored in a container containing no or very little water, or it is desirably ground into powder in an anhydrous atmosphere immediately before use.

В способе согласно третьему осуществлению, реакционная система состоит из порошка алюминия (твердый), дибората натрия (твердый) и водорода (газообразный). Для обеспечения соответствующего протекания реакций в этой реакционной системе важно удалить воду, адсорбированную на втором этапе, из герметичного реактора посредством термообработки в вакууме, учитывая, что порошок дибората натрия склонен к адсорбции воды в процессе обращения с ним.In the method according to the third embodiment, the reaction system consists of aluminum powder (solid), sodium diborate (solid) and hydrogen (gaseous). To ensure proper reactions in this reaction system, it is important to remove the water adsorbed in the second step from the sealed reactor by vacuum heat treatment, given that sodium diborate powder is prone to adsorbing water during handling.

Когда ингредиенты не содержат воды, перемешивание может быть начато сразу же после достижения температуры реакции. Если, однако, эти ингредиенты содержат остаточную воду, перемешивание начинают после реакции окисления алюминия. Перемешивание создает трещины в пленке оксида на поверхности алюминия, чтобы открыть свежую поверхность, где ингредиенты входят в контакт с алюминием с началом реакции синтеза боргидрида натрия.When the ingredients do not contain water, stirring can be started as soon as the reaction temperature is reached. If, however, these ingredients contain residual water, mixing is started after the aluminum oxidation reaction. Stirring creates cracks in the oxide film on the surface of the aluminum to expose a fresh surface where the ingredients come into contact with the aluminum to begin the sodium borohydride synthesis reaction.

Когда вода была полностью удалена, и начавшаяся реакция представляет собой только реакцию боргидрида натрия, оксиды, включая оксиды алюминия, образуются, но не образуют пленки оксида на поверхности алюминия, поскольку в то же самое время образуется боргидрид натрия (SBH) в качестве продукта реакции. Когда никакая пленка оксида не образуется, реакции продолжаются в соответствии со скоростями диффузии ингредиентов через твердое вещество. Когда в качестве ингредиента используется диборат натрия, количество образующегося оксида натрия достаточно велико, чтобы избежать нехватки оксида натрия на границах раздела, где протекает реакция, позволяя, тем самым, реакциям продолжаться непрерывно.When the water has been completely removed and the reaction initiated is only the reaction of sodium borohydride, oxides, including aluminum oxides, are formed, but do not form an oxide film on the surface of the aluminum, since at the same time sodium borohydride (SBH) is formed as a reaction product. When no oxide film is formed, reactions continue according to the diffusion rates of the ingredients through the solid. When sodium diborate is used as an ingredient, the amount of sodium oxide produced is large enough to avoid a shortage of sodium oxide at the interfaces where the reaction takes place, thereby allowing the reactions to continue uninterrupted.

В третьем осуществлении, использующем порошок дибората натрия, алюминий реагирует с водой из порошка дибората натрия. В свете этого, алюминий загружают в герметичный реактор на первом этапе при мольном отношении алюминия к бору в диборате натрия не менее 4/3. В частности, предпочтительно добавлять алюминий в таком количестве, чтобы мольное отношение алюминия, исключая количество алюминия, которое прореагирует с водой, к бору в диборате натрия составляло не менее 4/3.In a third embodiment, using sodium diborate powder, aluminum is reacted with water from the sodium diborate powder. In light of this, aluminum is loaded into a sealed reactor in the first stage at a molar ratio of aluminum to boron in sodium diborate of at least 4/3. In particular, it is preferable to add aluminum in such an amount that the molar ratio of aluminum, excluding the amount of aluminum that will react with water, to boron in the sodium diborate is not less than 4/3.

Предпочтительно, чтобы количество алюминиевого порошка, добавляемого в качестве ингредиента, было на 20% масс. больше с учетом потерь алюминия на реакцию с водой и образование оксида алюминия.It is preferable that the amount of aluminum powder added as an ingredient is 20 wt%. more taking into account the loss of aluminum due to reaction with water and the formation of aluminum oxide.

Тестовые примеры и Сравнительные примерыTest Cases and Comparison Cases

Настоящее осуществление будет описано более подробно путем представления тестовых примеров, иллюстрирующих положительные эффекты настоящего осуществления. Однако следует понимать, что настоящее осуществление этими примерами не ограничивается.The present embodiment will be described in more detail by presenting test examples illustrating the beneficial effects of the present embodiment. However, it should be understood that the present implementation is not limited to these examples.

Далее в тестовых примерах 1 – 3 используют метаборат натрия (NaBO2).Further, in test examples 1 – 3, sodium metaborate (NaBO 2 ) is used.

В тестовых примерах 4 – 7 используют диборат натрия (Na4B2O5).Test examples 4 – 7 use sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ).

В тестовых примерах 8 используют метаборат натрия (NaBO2) и диборат натрия (Na4B2O5).Test Examples 8 use sodium metaborate (NaBO 2 ) and sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ).

В тестовом примере 9 используют диборат натрия (Na4B2O5) и буру (тетраборат натрий (Na2B4O7)).Test Example 9 uses sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) and borax (sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 )).

В тестовых примерах 10 – 12 используют порошок метабората натрия и включают гидроксид щелочного металла (NaOH) в качестве добавки.Test Examples 10 - 12 use sodium metaborate powder and include alkali metal hydroxide (NaOH) as an additive.

В тестовом примере 13 используют метаборат натрия (NaBO2) и буру (тетраборат натрия (Na2B4O7)), и включают гидроксид щелочного металла (NaOH) в качестве добавки.Test Example 13 uses sodium metaborate (NaBO 2 ) and borax (sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 )), and includes alkali metal hydroxide (NaOH) as an additive.

В тестовых примерах 14 – 16 используют порошок метабората натрия и включают гидроксид щелочного металла (NaOH) в качестве добавки. В тестовых примерах 14 – 16, до добавления водорода выполняют нагрев в вакууме (сушка при пониженном давлении).Test Examples 14 - 16 use sodium metaborate powder and include alkali metal hydroxide (NaOH) as an additive. In Test Examples 14 – 16, heating in a vacuum (drying under reduced pressure) is performed before adding hydrogen.

В тестовом примере 17 используют порошок метабората натрия, и включают щелочной оксид (CaO) в качестве добавки.In Test Example 17, sodium metaborate powder is used, and alkali oxide (CaO) is included as an additive.

В сравнительном примере 1 применяют такие же условия, что и в тестовом примере 1, но температура на третьем этапе увеличена (583°C).In Comparative Example 1, the same conditions as in Test Example 1 are used, but the temperature in the third stage is increased (583°C).

Сравнительный пример 2 воспроизводит тестовый пример 1 при более высокой температуре (510°C) и меньшем максимальном давлении (0,53 МПа) на третьем этапе.Comparative Example 2 reproduces Test Example 1 at a higher temperature (510°C) and lower maximum pressure (0.53 MPa) in the third stage.

Сравнительный пример 3 воспроизводит тестовый пример 1 при более низкой температуре (230°C) на третьем этапе.Comparative Example 3 reproduces Test Example 1 at a lower temperature (230°C) in the third step.

Сравнительный пример 4 воспроизводит тестовый пример 1 при более высокой температуре (673°C) на третьем этапе без проведения перемешивания.Comparative Example 4 reproduces Test Example 1 at a higher temperature (673°C) in the third step without stirring.

Сравнительный пример 5 воспроизводит тестовый пример 1, с изменением отношение бората натрия к буре (Na/B = 0,5).Comparative Example 5 reproduces Test Example 1, changing the ratio of sodium borate to borax (Na/B = 0.5).

Сравнительные примеры 6 – 9 воспроизводят тестовый пример 11, с проведением второго этапа дегидратации с введением водорода и без среды размола в процессе нагрева.Comparative examples 6 – 9 reproduce test example 11, with a second stage of dehydration with the introduction of hydrogen and without a grinding medium during the heating process.

Тестовый пример 1Test case 1

Борат натрия, использованный в качестве ингредиента в тестовом примере 1, представляет собой порошок метабората натрия.The sodium borate used as an ingredient in Test Example 1 is sodium metaborate powder.

(a) Первый этап(a) First stage

Смесь готовят смешиванием 1,94 г метабората натрия, размолотого и просеянного через сито с отверстиями 100 мкм, и 1,06 г алюминиевого порошка (средний размер частиц: 30 мкм), который должен прореагировать с указанной выше массой метабората натрия в мольном отношении 4/3, как показывает уравнение реакции (10) ниже. Смесь загружают в герметичный реактор 10B, показанный на фиг. 4, при комнатной температуре. Далее герметичный реактор соединяют с вакуумным насосом и откачивают, после чего заполняют газообразным водородом (неокисляющий газ).The mixture is prepared by mixing 1.94 g of sodium metaborate, ground and sifted through a 100 µm sieve, and 1.06 g of aluminum powder (average particle size: 30 µm), which must react with the above mass of sodium metaborate in a molar ratio of 4/ 3, as shown by reaction equation (10) below. The mixture is charged into a sealed reactor 10B shown in FIG. 4, at room temperature. Next, the sealed reactor is connected to a vacuum pump and pumped out, after which it is filled with hydrogen gas (non-oxidizing gas).

4Al + 6H2 + 3NaBO2 → 3NaBH4 + 2Al2O3 … (10)4Al + 6H 2 + 3NaBO 2 → 3NaBH 4 + 2Al 2 O 3 ... (10)

(b) Второй этап(b) Second stage

После первого этапа, ингредиенты дегидратируют на втором этапе (этап удаления воды), на котором внутреннее пространство герметичного реактора нагревают до 300°C, откачивая этот герметичный реактор посредством соединенного с ним вакуумного насоса для удаления воды, сорбированной метаборатом натрия и порошком алюминия, и гидратной воды метабората натрия.After the first stage, the ingredients are dehydrated in the second stage (water removal stage), in which the interior of the sealed reactor is heated to 300°C, pumping out the sealed reactor through an associated vacuum pump to remove water adsorbed by sodium metaborate and aluminum powder, and hydration sodium metaborate water.

(c) Третий этап(c) Third stage

Газообразный водород (неокисляющий газ) вводят внутрь герметичного реактора до давления 0,5 МПа при комнатной температуре, после этого нагревают внутреннее пространство герметичного реактора до 512°C. Сразу же после этого, включают перемешивающее устройство в герметичном реакторе для вращения сегментов 22A перемешивающего устройства, и смесь перемешивают с периферийной скоростью 40 см/с перемешивающего устройства в течение 4,0 часа, поддерживая температуру нагрева 512°C. В конце третьего этапа завершают перемешивание, когда прекращается повышение давления в герметичном реакторе, и содержимое реактора охлаждают. Первоначальное давление газообразного водорода в описанном выше процессе составляет 0,93 МПа, и окончательное давление газообразного водорода составляет 0,48 МПа. Использованная среда размола 40 представляет собой шарики из алюмооксидной керамики (диаметр 5 мм), и отношении массы этих шариков к массе ингредиентов составляет 55.Hydrogen gas (non-oxidizing gas) is introduced into the sealed reactor to a pressure of 0.5 MPa at room temperature, after which the interior of the sealed reactor is heated to 512°C. Immediately thereafter, the stirrer in the sealed reactor is turned on to rotate the stirrer segments 22A, and the mixture is stirred at a peripheral speed of 40 cm/s of the stirrer for 4.0 hours while maintaining a heating temperature of 512°C. At the end of the third stage, mixing is completed when the pressure increase in the sealed reactor stops and the contents of the reactor are cooled. The initial pressure of hydrogen gas in the above process is 0.93 MPa, and the final pressure of hydrogen gas is 0.48 MPa. The grinding medium used 40 is alumina ceramic balls (diameter 5 mm), and the weight ratio of these balls to the weight of the ingredients is 55.

Описанным выше способом получен боргидрид натрия (SBH).Sodium borohydride (SBH) was obtained using the method described above.

После завершения третьего этапа, выход реакции вычисляют на основе величины уменьшения давления газообразного водорода. Эта величина снижения давления определена путем вычитания минимального давления в условиях реакции из максимального давления газа и преобразования полученной разности в объем (количество молей) газообразного водорода. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 33,6%.After the completion of the third step, the reaction yield is calculated based on the amount of pressure reduction of the hydrogen gas. This amount of pressure reduction is determined by subtracting the minimum pressure at the reaction conditions from the maximum pressure of the gas and converting the resulting difference to the volume (number of moles) of hydrogen gas. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 33.6%.

Кроме того, содержание боргидрида натрия в продуктах реакции определено равным 12,0% методом йодометрического титрования, описанного ниже. Выход реакции, полученный исходя из этого содержания, составляет 33,7%.In addition, the content of sodium borohydride in the reaction products was determined to be 12.0% by the iodometric titration method described below. The reaction yield obtained from this content is 33.7%.

Метод йодометрического титрования Iodometric titration method

(1) Отбирают навеску пробы (продукты реакции) в бюксе в количестве 50 мг и измеряют вес с точностью до первого знака после запятой (с точностью до 0,1 мг).(1) Take a sample (reaction products) in a beaker in the amount of 50 mg and measure the weight accurate to the first decimal place (accurate to 0.1 mg).

(2) Пробу, взвешенную на стадии (1), переносят в закрытую 200 мл коническую колбу. В закрытую коническую колбу добавляют 40 мл раствора NaOH с концентрацией 20 г/л, и смесь нагревают на водяной бане для полного разложения непрореагировавшего порошка алюминия.(2) The sample weighed in step (1) is transferred to a closed 200 ml conical flask. 40 ml of 20 g/l NaOH solution is added to a closed conical flask and the mixture is heated in a water bath to completely decompose the unreacted aluminum powder.

(3) Продукт разложения после стадии (2) охлаждают до комнатной температуры и добавляют 20,0 мл 0,05 М раствора йода с использованием градуированной пипетки. После этого колбу закрывают и оставляют в темном месте на 15 мин.(3) The decomposition product from step (2) is cooled to room temperature and 20.0 ml of 0.05 M iodine solution is added using a graduated pipette. After this, the flask is closed and left in a dark place for 15 minutes.

(4) В колбу после стадии (3) добавляют 3 мл хлористоводородной кислоты и колбу интенсивно взбалтывают. Затем смесь титруют 0,1 M тиосульфатом натрия.(4) After step (3), 3 ml of hydrochloric acid is added to the flask and the flask is shaken vigorously. The mixture is then titrated with 0.1 M sodium thiosulfate.

(5) Титрование завершают, когда пурпурный цвет йода исчезает.(5) The titration is completed when the purple color of the iodine disappears.

(6) Контрольный тест проводят без пробы. Содержание боргидрида натрия вычисляют по следующему уравнению.(6) The control test is carried out without a sample. The sodium borohydride content is calculated using the following equation.

Уравнение для вычисления содержания боргидрида натрия Equation for calculating sodium borohydride content

NaBH4 (% масс.) = {(A - B) × 0,1 × f × 37,83/8}/C × 100NaBH 4 (wt.%) = {(A - B) × 0.1 × f × 37.83/8}/C × 100

Переменные и константы в этом уравнении описаны ниже.The variables and constants in this equation are described below.

A: Объем (мл) 0,1 M раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование холостого опыта A: Volume (ml) of 0.1 M sodium thiosulfate solution used for titration of the blank experiment

B: Объем (мл) 0,1 M раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование раствора пробы B: Volume (ml) of 0.1 M sodium thiosulfate solution used for titration of the sample solution

f: Титр 0,1 M раствора тиосульфата натрияf: Titer of 0.1 M sodium thiosulfate solution

C: Навеска пробы (мг)C: Sample weight (mg)

37,83: Молярная масса (г/моль) боргидрида натрия37.83: Molar mass (g/mol) of sodium borohydride

8: Нормальность (N) 1 моль/л раствора боргидрида натрия8: Normality (N) of 1 mol/l sodium borohydride solution

Тестовый пример 2Test case 2

В тестовом примере 2, боргидрид натрия (SBH) получен путем повторения методики тестового примера 1 за исключением того, что на третьем этапе, в отличие от тестового примера 1, температура нагрева изменена до 520°C, и перемешивание осуществляют с меньшей скоростью (периферийная скорость перемешивающего устройства: 13 см/с) в течение 1,9 час. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 26,3%.In Test Example 2, sodium borohydride (SBH) is prepared by repeating the procedure of Test Example 1 except that in the third step, unlike Test Example 1, the heating temperature is changed to 520°C and stirring is carried out at a lower speed (peripheral speed mixing device: 13 cm/s) for 1.9 hours. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 26.3%.

Тестовый пример 3Test case 3

Боргидрид натрия (SBH) был получен повторением методики тестового примера 1 за исключением того, что борат натрия в качестве ингредиента в тестовом примере 1 заменен на 0,7 г метабората натрия и 1,48 г буры, температура нагрева изменена до 516°C, и время перемешивания изменено до 2,9 час. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 21,6%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 1 except that the sodium borate as an ingredient in Test Example 1 was replaced by 0.7 g sodium metaborate and 1.48 g borax, the heating temperature was changed to 516°C, and mixing time changed to 2.9 hours. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 21.6%.

В таблице 2 ниже приведены результаты тестовых примеров 1 – 3.Table 2 below shows the results of test cases 1 – 3.

Сравнительный пример 1Comparative example 1

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 1 за исключением того, что на третьем этапе тестового примера 1, температура нагрева увеличена (583°C), и время перемешивания изменено до 3,0 час. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 7,2%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 1 except that in the third step of Test Example 1, the heating temperature was increased (583°C) and the stirring time was changed to 3.0 hours. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 7.2%.

Сравнительный пример 2Comparative example 2

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 1 за исключением того, что на третьем этапе, в отличие от тестового примера 1, температура нагрева изменена до 510°C, максимальное давление ниже (0,53 МПа), и время перемешивания изменено до 4,1 час. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 18,2%.Sodium borohydride (SBH) is prepared by repeating the procedure of Test Example 1 except that in the third step, unlike Test Example 1, the heating temperature is changed to 510°C, the maximum pressure is lower (0.53 MPa), and the stirring time is changed to 4.1 hours As a result, the reaction yield (SBH yield) is 18.2%.

Сравнительный пример 3Comparative example 3

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 1 за исключением того, что на третьем этапе, в отличие от тестового примера 1, температура нагрева снижена (230°C), и время перемешивания изменено до 10,6 час. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 8,7%.Sodium borohydride (SBH) was obtained by repeating the procedure of Test Example 1, except that in the third stage, unlike Test Example 1, the heating temperature was reduced (230°C) and the stirring time was changed to 10.6 hours. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 8.7%.

Сравнительный пример 4Comparative example 4

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 1 за исключением того, что количества ингредиентов уменьшены вдвое по сравнению с тестовым примером 1, и третий этап выполняют при температуре нагрева 673°C без перемешивания. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 2,1%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 1 except that the amounts of ingredients were halved compared to Test Example 1 and the third step was performed at a heating temperature of 673°C without stirring. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 2.1%.

Сравнительный пример 5Comparative Example 5

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 1 за исключением того, что борат натрия в качестве ингредиента в тестовом примере 1 заменен вместо метабората натрия на 1,98 г буры, температура нагрева изменена до 514°C, и время перемешивания изменено до 2,5 час. В то же время Na/B в сравнительном примере 5 5 составляет 0,5. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 4,8%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 1 except that the sodium borate as an ingredient in Test Example 1 was replaced by 1.98 g of borax instead of sodium metaborate, the heating temperature was changed to 514°C, and the stirring time was changed to 2 ,5 hours. At the same time, Na/B in comparative example 5 5 is 0.5. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 4.8%.

В таблице 3 приведены результаты сравнительных примеров 1 – 5.Table 3 shows the results of comparative examples 1 – 5.

Как показано в таблице 2, тестовые примеры 1 – 3, использующие температуры нагрева 512°C – 520°C достигают подходящую степень превращения боргидрида SBH, 33,6%, 26,3% и 21,6%. Кроме того, как показано в тестовом примере 3, боргидрид натрия синтезирован с соответствующей эффективностью, даже когда ингредиент представлял собой смесь метабората натрия и буры.As shown in Table 2, Test Cases 1 – 3 using heating temperatures of 512°C – 520°C achieved suitable SBH borohydride conversions of 33.6%, 26.3% and 21.6%. Moreover, as shown in Test Example 3, sodium borohydride was synthesized with adequate efficiency even when the ingredient was a mixture of sodium metaborate and borax.

Напротив, как показано в таблице 3, в сравнительном примере 1, использующем высокую температуру нагрева 583°C, реакция останавливается при высоком давлении водорода, получающегося при разложении боргидрида натрия, и дает в результате низкую степень превращения боргидрида SBH, равную 7,2%. В сравнительном примере 2 используют высокую температуру (510°C) и низкое максимальное давление (0,53 МПа) на третьем этапе, и вследствие этого не достигается повышенный синтез боргидрида натрия, что в результате дает низкую степень превращения боргидрида SBH, равную 18,2%. Сравнительный пример 3 включает низкую температуру (230°C) на третьем этапе, и вследствие этого не достигается повышенный синтез боргидрида натрия, что в результате дает низкую степень превращения боргидрида SBH, равную 8,7%. В Сравнительном примере 4 температура равна 673°C, и перемешивание не выполняется, вследствие чего синтез боргидрида натрия не был увеличивается и степень превращения боргидрида SBH составляет только 2,1%. Сравнительный пример 5 включает буру (Na/B = 0,5) в качестве бората натрия, и вследствие этого не достигается повышенный синтез боргидрида натрия, что в результате дает низкую степень превращения боргидрида SBH, равную 4,8%.In contrast, as shown in Table 3, in Comparative Example 1 using a high heating temperature of 583°C, the reaction stops at high pressure of hydrogen produced by the decomposition of sodium borohydride, resulting in a low SBH borohydride conversion of 7.2%. Comparative Example 2 uses a high temperature (510°C) and a low maximum pressure (0.53 MPa) in the third step and therefore does not achieve increased synthesis of sodium borohydride, resulting in a low SBH borohydride conversion of 18.2 %. Comparative Example 3 involves a low temperature (230° C.) in the third step, and as a result, increased synthesis of sodium borohydride is not achieved, resulting in a low SBH borohydride conversion of 8.7%. In Comparative Example 4, the temperature is 673°C and stirring is not performed, whereby the synthesis of sodium borohydride was not increased and the conversion rate of SBH borohydride was only 2.1%. Comparative Example 5 includes borax (Na/B = 0.5) as the sodium borate, and as a result, increased sodium borohydride synthesis is not achieved, resulting in a low SBH borohydride conversion of 4.8%.

Тестовый пример 4Test case 4

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 1 за исключением того, что борат натрия в качестве ингредиента на первом этапе тестового примера 1 заменен на 2,94 г дибората натрия (Na4B2O5), и нагрев осуществляют при температуре 416°C в течение 7,0 часа, и при перемешивании в условиях раскатывания и измельчения (периферийная скорость перемешивающего устройства: 140 см/с). В тестовом примере 4 Na/B (в молях) составляет 2,00.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 1 except that the sodium borate as an ingredient in the first step of Test Example 1 was replaced by 2.94 g of sodium diborate (Na 4 B 2 O 5 ) and heating was carried out at a temperature of 416 °C for 7.0 hours, and while mixing under rolling and grinding conditions (peripheral speed of the mixing device: 140 cm/s). In test case 4, Na/B (in moles) is 2.00.

В тестовом примере 4, воду удаляют посредством сушки путем нагрева в вакууме. Диборат натрия синтезируют в водном растворе и воду испаряют досуха. Полученное в результате твердое вещество размалывают и высушивают при температуре 400°C. Однако порошок сорбирует воду за время хранения в эксикаторе и содержит около 5% воды. Во избежание снижения выхода реакции из-за этих 5% воды, проводят сушку путем нагревания в вакууме в герметичном реакторе до операции перемешивания (то же самое относится к тестовому примеру 5 и тестовому примеру 6).In Test Example 4, water was removed by drying by heating under vacuum. Sodium diborate is synthesized in an aqueous solution and the water is evaporated to dryness. The resulting solid is ground and dried at 400°C. However, the powder absorbs water during storage in a desiccator and contains about 5% water. To avoid a decrease in the reaction yield due to this 5% water, drying was carried out by heating under vacuum in a sealed reactor before the mixing operation (the same applies to Test Example 5 and Test Example 6).

В результате выход реакции (выход SBH) составляет 32,6%.As a result, the reaction yield (SBH yield) is 32.6%.

Тестовый пример 5Test Case 5

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 4 за исключением того, что на третьем этапе в тестовом примере 4, нагревание проводят при температуре нагрева 509°C в течение 7,1 часа при перемешивании (периферийная скорость перемешивающего устройства: 40 см/с). В тестовом примере 5 Na/B (в молях) составляет 2,00. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 60,4%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 4 except that in the third step in Test Example 4, heating was carried out at a heating temperature of 509°C for 7.1 hours while stirring (peripheral speed of the stirrer: 40 cm/s ). In test example 5 Na/B (in moles) is 2.00. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 60.4%.

Тестовый пример 6Test case 6

Боргидрид натрия (SBH) получают повторением методики тестового примера 4 за исключением того, что на третьем этапе в тестовом примере 4, нагревание проводят при температуре нагрева 560°C в течение 4,0 часа при перемешивании (периферийная скорость перемешивающего устройства: 40 см/с). В тестовом примере 6 Na/B (в молях) составляет 2,00.Sodium borohydride (SBH) is prepared by repeating the procedure of Test Example 4 except that in the third step in Test Example 4, heating is carried out at a heating temperature of 560°C for 4.0 hours while stirring (peripheral speed of the stirrer: 40 cm/s ). In Test Example 6 Na/B (in moles) is 2.00.

В результате выход реакции (выход SBH) составляет 57,6%.As a result, the reaction yield (SBH yield) is 57.6%.

Тестовый пример 7Test case 7

Боргидрид натрия (SBH) получают повторением методики тестового примера 4 за исключением того, что количество алюминиевого порошка в качестве ингредиента в тестовом примере 4 увеличено на 20% масс. до 1,27 г, и на третьем этапе нагревание проводят при температуре нагрева 495°C в течение 7,1 часа при перемешивании (периферийная скорость перемешивающего устройства: 40 см/с). В тестовом примере 7 Na/B (в молях) составляет 2,00. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 73,2%.Sodium borohydride (SBH) is prepared by repeating the procedure of Test Example 4 except that the amount of aluminum powder as an ingredient in Test Example 4 is increased by 20 wt%. to 1.27 g, and in the third stage, heating is carried out at a heating temperature of 495°C for 7.1 hours with stirring (peripheral speed of the stirrer: 40 cm/s). In Test Example 7, Na/B (in moles) is 2.00. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 73.2%.

Тестовый пример 8Test Case 8

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 4 за исключением того, что борат натрия в качестве ингредиента в тестовом примере 4 заменен на 0,82 г метабората натрия и 1,31 г дибората натрия, и нагревание проводят при температуре нагрева 496°C в течение 12,8 часа при перемешивании (периферийная скорость перемешивающего устройства: 40 см/с). В результате выход реакции (выход SBH) составляет 40,7%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 4 except that the sodium borate as an ingredient in Test Example 4 was replaced by 0.82 g of sodium metaborate and 1.31 g of sodium diborate, and heating was carried out at a heating temperature of 496°C for 12.8 hours with stirring (peripheral speed of the stirring device: 40 cm/s). As a result, the reaction yield (SBH yield) is 40.7%.

Тестовый пример 9Test case 9

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 4 за исключением того, что борат натрия в качестве ингредиента в тестовом примере 4 заменен на 0,98 г буры и 1,0 г дибората натрия, и нагревание проводят при температуре нагрева 495°C в течение 7,6 часа при перемешивании (периферийная скорость перемешивающего устройства: 40 см/сек). В результате выход реакции (выход SBH) составляет 37,5%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 4 except that the sodium borate as an ingredient in Test Example 4 was replaced by 0.98 g of borax and 1.0 g of sodium diborate, and heating was carried out at a heating temperature of 495°C at for 7.6 hours with stirring (peripheral speed of the stirring device: 40 cm/sec). As a result, the reaction yield (SBH yield) is 37.5%.

В таблице 4 приведены результаты тестовых примеров 4 – 9.Table 4 shows the results of test cases 4 – 9.

Как показано в таблице 4, тестовые примеры 4 – 7 дают в результате подходящую степень превращения боргидрида SBH 32,6%, 60,4%, 57,6% и 73,2%. В частности, в тестовом примере 7 достигнута высокая степень превращения боргидрида SBH, равная 73,2%, благодаря 20% масс. увеличению количества алюминиевого порошка, что компенсирует потери алюминия на реакцию окисления. Степень превращения боргидрида SBH также высокая, до 40,7% и 37,5%, в тестовом примере 8, включающем метаборат натрия и диборат натрия в качестве боратов натрия, и в тестовом примере 9, включающем буру и диборат натрия в качестве боратов натрия.As shown in Table 4, Test Examples 4 – 7 resulted in suitable SBH borohydride conversions of 32.6%, 60.4%, 57.6% and 73.2%. In particular, in Test Example 7, a high conversion rate of SBH borohydride of 73.2% was achieved due to 20 wt%. an increase in the amount of aluminum powder, which compensates for the loss of aluminum due to the oxidation reaction. The conversion rate of SBH borohydride is also high, up to 40.7% and 37.5%, in Test Example 8, including sodium metaborate and sodium diborate as sodium borates, and in Test Example 9, including borax and sodium diborate as sodium borates.

Тестовый пример 10Test case 10

На первом этапе в тестовом примере 1, алюминиевый порошок добавляют в количестве 1,33 г, и порошок гидроксида натрия в количестве 1,18 г. Таким образом получен боргидрид натрия (SBH). В тестовом примере 10 Na/B (в молях) составляет 2,00. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 40,7%.In the first step, in Test Example 1, aluminum powder was added in an amount of 1.33 g, and sodium hydroxide powder was added in an amount of 1.18 g. Thus, sodium borohydride (SBH) was obtained. In the test example, 10 Na/B (in moles) is 2.00. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 40.7%.

Тестовый пример 11Test case 11

В тестовом примере 11, систему до перемешивания выдерживают при заданной температуре, чтобы удалить воду посредством реакции с алюминием.In Test Example 11, the system was held at a predetermined temperature prior to mixing to remove water by reacting with aluminum.

На фиг. 12 представлен график, иллюстрирующий процесс получения согласно способу получения боргидрида натрия в тестовом примере 11.In fig. 12 is a graph illustrating the production process according to the production method of sodium borohydride in Test Example 11.

На первом этапе готовят смесь путем смешивания 1,94 г метабората натрия, просеянного через сито с размером отверстий 100 мкм, 2,36 г порошка гидроксида натрия и 1,59 г алюминиевого порошка (средний размер частиц: 30 мкм), куда входит 1,06 г, соответствующего 4/3 моля бора в метаборате натрия, и 0,53 г, соответствующего количеству алюминия, который должен прореагировать с водой, содержащейся в 2,36 г гидроксида натрия. Эту смесь загружают в герметичный реактор, герметичный реактор откачивают при комнатной температуре, затем заполняют газообразным водородом до давления 0,25 МПа и плотно закрывают.In the first step, a mixture is prepared by mixing 1.94 g of sodium metaborate, sifted through a 100 μm sieve, 2.36 g of sodium hydroxide powder and 1.59 g of aluminum powder (average particle size: 30 μm), which includes 1. 06 g, corresponding to 4/3 mol of boron in sodium metaborate, and 0.53 g, corresponding to the amount of aluminum that must react with the water contained in 2.36 g of sodium hydroxide. This mixture is loaded into a sealed reactor, the sealed reactor is pumped out at room temperature, then filled with hydrogen gas to a pressure of 0.25 MPa and tightly closed.

На втором этапе, внутреннее пространство герметичного реактора нагревают до 515°C, после чего его выдерживали при этой температуре в течение 15 мин для испарения воды, содержащейся в порошке метабората натрия, порошке гидроксида натрия и алюминиевом порошке. Эту воду удаляют по реакции с алюминием. Давление внутри герметичного реактора возрастает до 0,88 МПа в результате повышенной температуры и генерации газообразного водорода в результате реакции воды. Во время этой процедуры перемешивающее устройство не работало, т.е. реакция генерации водорода проходила без перемешивания.In the second step, the interior of the sealed reactor is heated to 515°C, after which it is maintained at this temperature for 15 minutes to evaporate the water contained in the sodium metaborate powder, sodium hydroxide powder and aluminum powder. This water is removed by reaction with aluminum. The pressure inside the sealed reactor rises to 0.88 MPa as a result of the elevated temperature and the generation of hydrogen gas from the water reaction. During this procedure, the mixing device did not work, i.e. The hydrogen generation reaction took place without stirring.

На третьем этапе, внутреннее пространство герметичного реактора нагревают до 520°C, и перемешивающее устройство запускают со скоростью вращения 300 об/мин (периферийная скорость перемешивающего устройства: 40 см/с). Давление внутри герметичного реактора увеличивается до 0,88 МПа. Давление газообразного водорода начинает резко падать через 0,5 часа после начала перемешивания и снижается до 0,43 МПа после 0,95 часа перемешивания. В этот момент вводят газообразный водород, чтобы поднять давление внутри герметичного реактора до 0,5 МПа.In the third stage, the interior of the sealed reactor is heated to 520°C, and the stirrer is started at a rotation speed of 300 rpm (peripheral speed of the stirrer: 40 cm/s). The pressure inside the sealed reactor increases to 0.88 MPa. The pressure of hydrogen gas begins to drop sharply 0.5 hours after the start of stirring and decreases to 0.43 MPa after 0.95 hours of stirring. At this point, hydrogen gas is introduced to raise the pressure inside the sealed reactor to 0.5 MPa.

После этого перемешивание проводят в течение 0,3 часа, но при этом отсутствует снижение давления газообразного водорода. Затем перемешивание и нагрев завершают. Таким образом получают боргидрид натрия (SBH). В тестовом примере 11 Na/B (в молях) составляет 3,00. В результате, выход реакции (степень превращения боргидрида SBH), вычисленный на основе величины снижения газообразного водорода, составляет 49,8%. Используемая среда размола представляет собой шарики из алюмооксидной керамики (5 мм в диаметре), и отношение массы этих шариков к массе ингредиентов составляет 55 аналогично тестовому примеру 1.After this, stirring is carried out for 0.3 hours, but there is no decrease in the pressure of hydrogen gas. Then stirring and heating are completed. In this way sodium borohydride (SBH) is obtained. In Test Example 11 Na/B (in moles) is 3.00. As a result, the reaction yield (SBH borohydride conversion rate) calculated based on the reduction amount of hydrogen gas is 49.8%. The grinding medium used is alumina ceramic beads (5 mm in diameter), and the weight ratio of these beads to the weight of ingredients is 55, similar to Test Example 1.

Тестовый пример 12Test case 12

На первом этапе в тестовом примере 11 добавляют порошок гидроксида натрия в количестве 2,35 г; на втором этапе условия были изменены до температуры 515°C и времени 95 мин; и на третьем этапе, температура нагрева изменена до 515°C. Герметичный реактор заменен герметичным реактором 10C, включающим перемешивающее устройство, показанное на фиг. 5B (J-образный сегмент перемешивающего устройства 22B), и имеющим два столбчатых муллитовых шарика в качестве среды размола 40 (3,1 г × 2, массовое отношение к ингредиентам: 1,16). Скорость вращения такая, что периферийная скорость перемешивающего устройства составляет 130 см/с, и продолжительность времени перемешивания изменена до 4,0 час. Остальная часть методики такая же, что и в тестовом примере 11. Таким образом получен боргидрид натрия (SBH). В тестовом примере 12 Na/B (в молях) составляет 2,95. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 64,2%.In the first step, in Test Example 11, sodium hydroxide powder was added in an amount of 2.35 g; in the second stage, the conditions were changed to a temperature of 515°C and a time of 95 minutes; and in the third stage, the heating temperature is changed to 515°C. The sealed reactor is replaced by a sealed reactor 10C including a stirring device shown in FIG. 5B (J-shaped segment of the mixing device 22B), and having two columnar mullite balls as the grinding medium 40 (3.1 g×2, weight ratio to ingredients: 1.16). The rotation speed is such that the peripheral speed of the stirring device is 130 cm/s, and the duration of the stirring time is changed to 4.0 hours. The rest of the procedure is the same as in Test Example 11. Sodium borohydride (SBH) is thus obtained. In the test example, 12 Na/B (in moles) is 2.95. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 64.2%.

Тестовый пример 13Test case 13

Боргидрид натрия (SBH) получают повторением методики тестового примера 10 за исключением того, что борат натрия в качестве ингредиента в тестовом примере 10 заменен на 0,95 г метабората натрия и 1,56 г буры, добавлен алюминиевый порошок в количестве 1,60 г, добавлен порошок гидроксида натрия в количестве 2,35 г, температура нагрева изменена до 495°C, и время перемешивания изменено до 8,5 часа. В тестовом примере 13, соотношение Na/B (в молях) составляет 1,95. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 59,8%.Sodium borohydride (SBH) is prepared by repeating the procedure of Test Example 10, except that the sodium borate as an ingredient in Test Example 10 is replaced by 0.95 g of sodium metaborate and 1.56 g of borax, and 1.60 g of aluminum powder is added, sodium hydroxide powder was added in an amount of 2.35 g, the heating temperature was changed to 495°C, and the stirring time was changed to 8.5 hours. In Test Example 13, the Na/B ratio (in moles) is 1.95. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 59.8%.

Тестовый пример 14Test case 14

На втором этапе тестового примера 10, воду удаляют из системы высушиванием при температуре 400°C при пониженном давлении в течение 4 часов. На третьем этапе вводят водород, внутреннее пространство реактора нагревают, после чего немедленно включают перемешивающее устройство в герметичном реакторе для вращения этого перемешивающего устройства с периферийной скоростью 40 см/с, и перемешивание проводят в течение 6,8 часа, поддерживая температуру нагрева 501°C. В этом процессе количество добавленного порошка гидроксида натрия составляет 2,34 г. Таким образом получен боргидрид натрия (SBH). В тестовом примере 14 Na/B (в молях) составляет 2,97. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 53,2%.In the second step of Test Example 10, water was removed from the system by drying at 400°C under reduced pressure for 4 hours. In the third stage, hydrogen is introduced, the interior of the reactor is heated, and then the stirring device in the sealed reactor is immediately turned on to rotate the stirring device at a peripheral speed of 40 cm/s, and stirring is carried out for 6.8 hours, maintaining the heating temperature at 501°C. In this process, the amount of sodium hydroxide powder added is 2.34 g. Sodium borohydride (SBH) is thus obtained. In the test example, 14 Na/B (in moles) is 2.97. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 53.2%.

Тестовый пример 15Test case 15

В тестовом примере 14, перемешивание проводят в течение 6,1 часа, поддерживая температуру нагрева 522°C. Количество добавленного порошка гидроксида натрия составляет 2,36 г. Таким образом получен боргидрид натрия (SBH). В тестовом примере 15 Na/B (в молях) составляет 2,98. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 58,6%.In Test Example 14, stirring was carried out for 6.1 hours while maintaining the heating temperature at 522°C. The amount of sodium hydroxide powder added is 2.36 g. Sodium borohydride (SBH) is thus obtained. In the test example, 15 Na/B (in moles) is 2.98. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 58.6%.

Тестовый пример 16Test case 16

В тестовом примере 14, перемешивание проводят в течение 7,6 часа, поддерживая температуру нагрева 505°C. Количество добавленного порошка гидроксида натрия составляет 1,17 г. Таким образом получен боргидрид натрия (SBH). В тестовом примере 16 Na/B (в молях) составляет 1,99. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 60,8%.In Test Example 14, stirring was carried out for 7.6 hours while maintaining the heating temperature at 505°C. The amount of added sodium hydroxide powder is 1.17 g. Thus, sodium borohydride (SBH) is obtained. In the test example, 16 Na/B (in moles) is 1.99. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 60.8%.

Тестовый пример 17Test case 17

Боргидрид натрия (SBH) получен повторением методики тестового примера 1 за исключением того, что на первом этапе в тестовом примере 1 гидроксид натрия заменен на 0,55 г порошка оксида кальция, и нагревание проводят при температуре нагрева 495°C в течение 18,0 часа. В тестовом примере 17 Na (включая Ca)/B (в молях) составляет 1,33. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 42,7%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Test Example 1, except that in the first step, in Test Example 1, sodium hydroxide was replaced by 0.55 g of calcium oxide powder, and heating was carried out at a heating temperature of 495°C for 18.0 hours. . In test example 17 Na (including Ca)/B (in moles) is 1.33. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 42.7%.

В таблице 5 ниже приведен список результатов тестовых примеров 10 – 17.Table 5 below lists the results of test cases 10 – 17.

Как указано в таблице 5, тестовый пример 10, включающий добавление гидроксида натрия, дает степень превращения боргидрида SBH, равную 40,7%, и достигнуто заметное увеличение по сравнению со степенью превращения боргидрида SBH, равной 26,3% в тестовом примере 2, который не включает добавление гидроксида натрия.As shown in Table 5, Test Example 10 involving the addition of sodium hydroxide produced an SBH borohydride conversion of 40.7%, and a remarkable increase was achieved compared to the SBH borohydride conversion of 26.3% in Test Example 2, which does not include the addition of sodium hydroxide.

В тестовых примерах 11 – 13, большое количество воды, выделившейся из гидроксида натрия, успешно удалено по реакции дегидратации до перемешивания и вследствие этого достигнута подходящая степень превращения боргидрида SBH 49,8%, 64,2% и 59,8%.In Test Examples 11 to 13, a large amount of water released from sodium hydroxide was successfully removed by the dehydration reaction before stirring, and thereby the suitable SBH borohydride conversion rates of 49.8%, 64.2% and 59.8% were achieved.

Как отмечено выше, в тестовом примере 12 выполняют анализ SEM. Далее будет обсуждаться элементный анализ SEM, представленный на фиг. 9A – 11B. Перемешивание осуществляют при следующих условиях: перемешивающее устройство с J-образным сегментом, два керамических шарика с массовым отношением к ингредиентам 1,16 и периферийная скорость 130 см/с перемешивающего устройства. При этих условиях, где объем ингредиентов больше объема среды размола, вероятность столкновений шариков со средой размола низкая и между ними будет захватываться большой объем ингредиентов во время столкновений. Таким образом, это перемешивание является мягким и оставляет твердые оболочки нетронутыми. Форма остающегося алюминия изменяется от первоначальной до неправильной формы в результате прохождения реакции вдоль дефектов. Реакция протекает также вне твердых оболочек в результате диффузии гидрида натрия, и это вероятно вносит свой вклад в увеличение выхода реакции. В тестовых примерах 14 – 16 большое количество воды, выделившейся из гидроксида натрия, успешно удаляется путем высушивания при пониженном давлении. В тестовых примерах 14 – 16 боргидрид SBH синтезируют путем введения водорода после удаления воды. Благодаря такому удалению воды до реакции синтеза, боргидрид натрия эффективно синтезирован с подходящей степенью превращения боргидрида SBH, равной 53,2%, 58,6% и 60,8%. Тестовый пример 17, включающий оксид кальция вместо гидроксида натрия, аналогично приводит к эффективному синтезу боргидрида натрия со степенью превращения SBH, равной 42,7%.As noted above, Test Example 12 performs SEM analysis. The SEM elemental analysis presented in FIG. 1 will be discussed next. 9A – 11B. Mixing is carried out under the following conditions: a J-segment mixing device, two ceramic balls with a mass ratio to ingredients of 1.16 and a peripheral speed of 130 cm/s of the mixing device. Under these conditions, where the volume of ingredients is greater than the volume of the grinding medium, the likelihood of collisions between the balls and the grinding medium is low and a large volume of ingredients will be trapped between them during collisions. So this stirring is gentle and leaves the hard shells intact. The shape of the remaining aluminum changes from the original to an irregular shape as a result of the reaction along the defects. The reaction also occurs outside of solid shells as a result of diffusion of sodium hydride, and this likely contributes to the increased yield of the reaction. In Test Examples 14 – 16, a large amount of water released from sodium hydroxide was successfully removed by drying under reduced pressure. In Test Examples 14 – 16, borohydride SBH is synthesized by introducing hydrogen after removing water. By this removal of water before the synthesis reaction, sodium borohydride is efficiently synthesized with suitable SBH borohydride conversions of 53.2%, 58.6% and 60.8%. Test Example 17, including calcium oxide instead of sodium hydroxide, similarly results in efficient synthesis of sodium borohydride with an SBH conversion of 42.7%.

Сравнительный пример 6Comparative Example 6

На втором этапе в тестовом примере 11 перемешивающее устройство включают для начала перемешивания в атмосфере водорода со скоростью вращения 90 об/мин (периферийная скорость перемешивающего устройства: 12 см/с), и воду удаляют во время осуществления мягкого перемешивания.In the second step, in Test Example 11, the stirrer is turned on to start stirring under a hydrogen atmosphere at a rotation speed of 90 rpm (peripheral speed of the stirrer: 12 cm/s), and water is removed while performing gentle stirring.

Используемая среда размола 40 представляют собой шарики из нержавеющей стали (5 мм в диаметре), и отношение массы шариков к массе ингредиентов составляет 110, Герметичный реактор заменен герметичным реактором 10C, включающим перемешивающее устройство, показанное на фиг. 5A (J-образный сегмент 22B перемешивающего устройства), и перемешивание осуществляют со скоростью вращения 300 об/мин (периферийная скорость перемешивающего устройства: 40 см/с). Температура нагрева изменена до 515°C, и время перемешивание составляет 1,3 часа. Остальная часть процедур та же, что и в тестовом примере 11. Таким образом получен боргидрид натрия (SBH). В результате выход реакции (выход SBH) составляет 12,5%.The grinding medium 40 used is stainless steel balls (5 mm in diameter), and the ratio of the mass of the balls to the mass of the ingredients is 110. The sealed reactor is replaced by a sealed reactor 10C including a mixing device shown in FIG. 5A (J-shaped stirrer segment 22B), and mixing is carried out at a rotation speed of 300 rpm (peripheral speed of the stirrer: 40 cm/s). The heating temperature is changed to 515°C, and the stirring time is 1.3 hours. The rest of the procedures are the same as in Test Example 11. Sodium borohydride (SBH) is thus obtained. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 12.5%.

Сравнительный пример 7Comparative example 7

Боргидрид натрия (SBH) получают по методике тестового примера 11, но температура нагрева изменена до 321°C, а продолжительность нагрева до 5,0 часа. На втором этапе этого процесса перемешивание начинают в атмосфере водорода со скоростью вращения 1150 об/мин (периферийная скорость перемешивающего устройства: 140 см/с), и воду удаляют в ходе перемешивания. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 22,5%.Sodium borohydride (SBH) was prepared according to the procedure of Test Example 11, but the heating temperature was changed to 321°C and the heating duration was changed to 5.0 hours. In the second step of this process, stirring is started under a hydrogen atmosphere at a rotation speed of 1150 rpm (peripheral speed of the stirrer: 140 cm/s), and water is removed during stirring. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 22.5%.

Сравнительный пример 8Comparative Example 8

Боргидрид натрия (SBH) получают повторением методики сравнительного примера 6 за исключением того, что на первом этапе сравнительного примера 6 порошок гидроксида натрия добавляют в количестве 5,89 г, и на третьем этапе температура нагрева изменена до 520°C и продолжительность времени перемешивания изменена до 5 часов. В тестовом примере 8 Na/B (в молях) составляет 6,00. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 16,7%.Sodium borohydride (SBH) was prepared by repeating the procedure of Comparative Example 6 except that in the first step of Comparative Example 6, sodium hydroxide powder was added in an amount of 5.89 g, and in the third step, the heating temperature was changed to 520°C and the stirring time was changed to 5 o'clock. In test case 8 Na/B (in moles) is 6.00. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 16.7%.

Сравнительный пример 9Comparative Example 9

Боргидрид натрия (SBH) получают повторением методики сравнительного примера 6 за исключением того, что борат натрия в качестве ингредиента в сравнительном примере 6 заменен на 1,97 г метабората натрия и 1,50 г буры, температура нагрева изменена до 519°C, и продолжительность времени перемешивания изменена до 3,6 час. Используемая среда размола представляли собой шарики из алюмооксидной керамики (5 мм в диаметре), и отношение массы шариков к массе ингредиентов составляет 55. В результате выход реакции (выход SBH) составляет 13,3%.Sodium borohydride (SBH) is prepared by repeating the procedure of Comparative Example 6 except that the sodium borate as an ingredient in Comparative Example 6 is replaced by 1.97 g of sodium metaborate and 1.50 g of borax, the heating temperature is changed to 519°C, and the duration mixing time was changed to 3.6 hours. The grinding medium used was alumina ceramic beads (5 mm in diameter), and the ratio of the mass of the beads to the mass of the ingredients is 55. As a result, the reaction yield (SBH yield) is 13.3%.

В таблице 6 ниже приведены результаты сравнительных примеров 6 – 9.Table 6 below shows the results of Comparative Examples 6 – 9.

Как показано в сравнительных примерах 6 – 9 в таблице 6, степень превращения (%) боргидрида натрия (SBH) уменьшена, поскольку перемешивание с использованием среды размола осуществлялось на такой ранней стадии, как во время нагревания для удаления воды на втором этапе.As shown in Comparative Examples 6 to 9 in Table 6, the conversion (%) of sodium borohydride (SBH) was reduced because mixing using the grinding medium was carried out at such an early stage as during heating to remove water in the second stage.

В частности, хотя перемешивание является мягким перемешиванием, раннее перемешивание в начале нагрева и использование среды размола приводит к измельчению мягкого метабората натрия. Вода, генерируемая из гидроксида натрия, сорбируется мелкими частицами метабората натрия и присутствует на этих мелких частицах метабората натрия даже в случае выдержки при температуре 321°C – 520°C и медленно отделяется в течение продолжительного времени. В результате реакция окисления алюминия идет во времени, и мягкие оболочки образуются непрерывно. Кроме того, мягкое перемешивание одновременно с генерацией воды разрушает уже образовавшиеся мягкие оболочки, и разрушенные мягкие оболочки остаются в смешанном состоянии в области, удаленной от алюминиевых частиц (в областях, удаленных от поверхности алюминиевых частиц). Таким образом, меньше оксида натрия (Na2O), выделившегося из мягких оболочек, присутствует вблизи от алюминия, так что цикл реакции, начиная от оксида натрия, через натрий, гидрид натрия, боргидрид натрия (SBH) и назад к оксиду натрия не устанавливается, что приводит к низкому выходу реакции.In particular, although the mixing is gentle mixing, early mixing at the start of heating and the use of a grinding medium results in grinding of the soft sodium metaborate. The water generated from sodium hydroxide is adsorbed on the fine sodium metaborate particles and is present on these fine sodium metaborate particles even when kept at 321°C - 520°C and is slowly separated over a long period of time. As a result, the oxidation reaction of aluminum occurs over time, and soft shells are formed continuously. In addition, gentle mixing simultaneously with the generation of water destroys the already formed soft shells, and the destroyed soft shells remain in a mixed state in the area remote from the aluminum particles (in areas distant from the surface of the aluminum particles). Thus, less sodium oxide ( Na2O ) released from the soft shells is present in the vicinity of the aluminum, so that the reaction cycle from sodium oxide, through sodium, sodium hydride, sodium borohydride (SBH) and back to sodium oxide is not established , which leads to low reaction yield.

В сравнительных примерах 6, 8 и 9 используется мягкое перемешивание, что приводит к меньшему выходу реакции (выход SBH), чем в тестовых примерах. В сравнительном примере 7 обязательно используется перемешивание ингредиентов и раскатывание и измельчение этих ингредиентов, что приводит к большим деформациям алюминия, и вновь открывающиеся поверхности контакта увеличивают вероятность контакта с другими ингредиентами, присутствующими в удаленной области. Таким образом, выход реакции немного выше, чем в других сравнительных примерах.Comparative Examples 6, 8 and 9 use gentle stirring, which results in a lower reaction yield (SBH yield) than the test examples. Comparative Example 7 necessarily involves mixing the ingredients and rolling and grinding these ingredients, which results in large deformations of the aluminum, and the newly exposed contact surfaces increase the likelihood of contact with other ingredients present in the remote area. Therefore, the reaction yield is slightly higher than other comparative examples.

Список ссылочных позицийList of reference items

10A, 10B, 10C Герметичный реактор10A, 10B, 10C Sealed reactor

12 Основной корпус реактора12 Main reactor vessel

14 Крышка14 Cover

16 Нагреватель16 Heater

18 Уплотнительное кольцо18 O-ring

20 Двигатель 20 Engine

22 Шток перемешивающего устройства22 Stirring rod

22a Сегмент перемешивающего устройства22a Mixer segment

22b J-образный сегмент перемешивающего устройства 22b J-shaped agitator segment

24 Первая труба24 First trumpet

26 Вентиль подачи газообразного водорода 26 Hydrogen gas supply valve

28 Выпускной вентиль28 Outlet valve

30 Вторая труба30 Second trumpet

32 Манометр32 Pressure gauge

40 Среда размола40 Grinding medium

51 Борат натрия51 Sodium borate

52 Алюминиевый порошок52 Aluminum powder

53 Неокисляющий газ53 Non-oxidizing gas

101 Алюминиевая частица101 Aluminum particle

102 Плотная пленка оксида102 Dense oxide film

103 Гидроксид натрия (NaOH)103 Sodium hydroxide (NaOH)

104 Слой бемита (Al2O3⋅xH2O) 104 Boehmite layer (Al 2 O 3 ⋅xH 2 O)

105 Оксид натрия (Na2O)105 Sodium oxide (Na 2 O)

106 Водород (H2)106 Hydrogen (H 2 )

107 Мягкая оболочка107 Soft shell

108 Твердая оболочка108 Hard shell

109 Металлический натрий (Na)109 Sodium metal (Na)

110 Гидрид натрия (NaH)110 Sodium hydride (NaH)

111 Триоксид дибора (B2O3)111 Diboron trioxide (B 2 O 3 )

112 Боргидрид натрия (SBH).112 Sodium borohydride (SBH).

Claims (17)

1. Способ получения боргидрида натрия, включающий реакцию бората натрия и алюминиевого порошка в атмосфере газообразного водорода с перемешиванием при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C, в котором мольное отношение натрия, содержащегося в борате натрия, к бору, содержащемуся в борате натрия, составляет более 1,0.1. A method for producing sodium borohydride, including the reaction of sodium borate and aluminum powder in an atmosphere of hydrogen gas with stirring at a temperature of not lower than 400°C and not higher than 560°C, in which the molar ratio of sodium contained in sodium borate to boron contained in sodium borate is more than 1.0. 2. Способ получения боргидрида натрия по п. 1, который дополнительно включает добавление оксида щелочного металла или оксида щёлочноземельного металла, причем мольное отношение числа молей любого щелочного металла и щёлочноземельного металла плюс любого щелочного металла или щелочноземельного металла, содержащегося в борате натрия, к числу молей бора, содержащегося в борате натрия, составляет более 1,0 и не более 3.2. The method for producing sodium borohydride according to claim 1, which further includes adding an alkali metal oxide or an alkaline earth metal oxide, the molar ratio of the number of moles of any alkali metal and alkaline earth metal plus any alkali metal or alkaline earth metal contained in the sodium borate to the number of moles boron contained in sodium borate is more than 1.0 and not more than 3. 3. Способ получения боргидрида натрия по п. 1, который дополнительно включает добавление гидроксида щелочного металла, причем мольное отношение числа молей любого щелочного металла, содержащегося в гидроксиде щелочного металла и в борате натрия, к числу молей бора, содержащегося в борате натрия, составляет более 1,0 и не более 3.3. The method for producing sodium borohydride according to claim 1, which further includes adding an alkali metal hydroxide, wherein the molar ratio of the number of moles of any alkali metal contained in the alkali metal hydroxide and in sodium borate to the number of moles of boron contained in sodium borate is more than 1.0 and no more than 3. 4. Способ получения боргидрида натрия по п. 2, в котором мольное отношение числа молей любого щелочного металла и щелочноземельного металла плюс любого щелочного металла и щелочноземельного металла, содержащегося в борате натрия, к числу молей бора, содержащегося в борате натрия, составляет от 1,33 до 3.4. The method for producing sodium borohydride according to claim 2, in which the molar ratio of the number of moles of any alkali metal and alkaline earth metal plus any alkali metal and alkaline earth metal contained in sodium borate to the number of moles of boron contained in sodium borate is from 1. 33 to 3. 5. Способ получения боргидрида натрия, включающий5. A method for producing sodium borohydride, comprising дегидратацию смеси, включающей гидроксид щелочного металла, борат натрия и алюминиевый порошок, в статическом состоянии при температуре не ниже 400°C в атмосфере газообразного водорода;dehydration of a mixture comprising alkali metal hydroxide, sodium borate and aluminum powder in a static state at a temperature of at least 400°C in an atmosphere of hydrogen gas; окисление алюминиевого порошка по реакции с водой для формирования слоя оксида натрия и алюминия, проходящего от поверхности внутрь алюминиевых частиц, имеющего химическую формулу (I)oxidation of aluminum powder by reaction with water to form a layer of sodium and aluminum oxide extending from the surface into the aluminum particles, having the chemical formula (I) xNa2O⋅Al2O3, (I)xNa 2 O⋅Al 2 O 3 , (I) где 0 < x < 1; иwhere 0 < x < 1; And взаимодействие этой смеси при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C при перемешивании.interaction of this mixture at a temperature not lower than 400°C and not higher than 560°C with stirring. 6. Способ получения боргидрида натрия, включающий6. A method for producing sodium borohydride, comprising дегидратацию смеси, содержащей гидроксид щелочного металла, борат натрия и алюминиевый порошок, в статическом состоянии в реакторе при нагревании до температуры не ниже 400°C при пониженном давлении;dehydration of a mixture containing alkali metal hydroxide, sodium borate and aluminum powder in a static state in a reactor when heated to a temperature of at least 400°C under reduced pressure; окисление алюминиевого порошка посредством реакции с водой с формированием слоя оксида натрия и алюминия, проходящего от поверхности внутрь алюминиевых частиц, имеющего химическую формулу (I): oxidation of aluminum powder by reaction with water to form a layer of sodium and aluminum oxide extending from the surface into the interior of the aluminum particles, having the chemical formula (I): xNa2O⋅Al2O3, (I)xNa 2 O⋅Al 2 O 3 , (I) где 0 < x < 1; иwhere 0 < x < 1; And взаимодействие этой смеси при температуре не ниже 400°C и не выше 560°C в атмосфере газообразного водорода при перемешивании.interaction of this mixture at a temperature not lower than 400°C and not higher than 560°C in an atmosphere of hydrogen gas with stirring. 7. Способ получения боргидрида натрия по любому из пп. 3, 5 или 6, в котором мольное отношение числа молей любого щелочного металла плюс любого щелочного металла, содержащегося в борате натрия, к числу молей бора, содержащегося в борате натрия, составляет от 1,33 до 3,0.7. A method for producing sodium borohydride according to any one of claims. 3, 5 or 6, wherein the molar ratio of the number of moles of any alkali metal plus any alkali metal contained in the sodium borate to the number of moles of boron contained in the sodium borate is from 1.33 to 3.0.
RU2022102387A 2019-08-06 2020-08-05 Method for producing sodium borohydride RU2803219C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-144884 2019-08-06
JP2020-114418 2020-07-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2022102387A RU2022102387A (en) 2023-08-02
RU2803219C2 true RU2803219C2 (en) 2023-09-11

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006143537A (en) * 2004-11-22 2006-06-08 Materials & Energy Research Institute Tokyo Ltd Manufacturing method for tetrahydroborate
JP2014181174A (en) * 2013-03-19 2014-09-29 Hydric Power Systems:Kk Method of producing metal boron hydride
WO2015190004A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-17 吉崎 敦浩 Method for producing sodium borohydride
CN108545699A (en) * 2018-04-03 2018-09-18 华南理工大学 The method that Room Temperature Solid State ball milling directly synthesizes sodium borohydride

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006143537A (en) * 2004-11-22 2006-06-08 Materials & Energy Research Institute Tokyo Ltd Manufacturing method for tetrahydroborate
JP2014181174A (en) * 2013-03-19 2014-09-29 Hydric Power Systems:Kk Method of producing metal boron hydride
WO2015190004A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-17 吉崎 敦浩 Method for producing sodium borohydride
CN108545699A (en) * 2018-04-03 2018-09-18 华南理工大学 The method that Room Temperature Solid State ball milling directly synthesizes sodium borohydride

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9114359B2 (en) Method for producing sorbents for CO2 capture under high temperatures
RU2652235C1 (en) Method and device for producing sodium borohydride
JP4805907B2 (en) Hydrogen storage system material and method comprising hydride and hydroxide
WO2021025069A1 (en) Method for producing sodium borohydride
KR20130135356A (en) Glass-coated cathode powders for rechargeable batteries
Blanco et al. Low temperature solid state synthesis of Li5FeO4 and CO2 capture mechanism via real time in situ synchrotron X-ray diffraction
Rodríguez et al. Sodium metasilicate (Na2SiO3): A thermo-kinetic analysis of its CO2 chemical sorption
JP6977968B2 (en) Method for producing sodium borohydride
RU2803219C2 (en) Method for producing sodium borohydride
AU2020325127B2 (en) Method for producing sodium borohydride
CN101031507A (en) Silicide compositions containing alkali metals and methods of making the same
Dheilly et al. Influence of climatic conditions on the carbonation of quicklime
JP2009046370A (en) Hydrogen generating device and hydrogen generating method
JP2005281115A (en) Gas refining apparatus
JP2008062128A (en) Manufacturing method of hydrogen storage material and treating method of hydrogen storage material
JP2006143537A (en) Manufacturing method for tetrahydroborate
WO2022168684A1 (en) Method for producing sodium borohydride
JP4888777B2 (en) Method for producing hydrogen storage material
WO2022168685A1 (en) Method for producing sodium borohydride
Guo et al. Advanced H 2-storage system fabricated through chemical layer deposition in a well-designed porous carbon scaffold
CA3169024A1 (en) Processes for producing reactant chemical substances
WO2023161942A2 (en) System and method for release of hydrogen gas from liquid carrier
Shu et al. Hydrogen release of NaBH4 below 60° C with binary eutectic mixture of xylitol and erythritol additive
WO2022029408A1 (en) Hydrogen generation
Nale Synthesis and characterization of Mg-Al-Ni alloys and Li-Mg borohydrides for hydrogen storage