專利名稱：硅化鎂法制備硅烷的副產物用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及硅化鎂法制備硅垸的副產物用途。
技術背景硅化鎂法合成硅烷是目前國際上三種主要生產硅垸的工藝之一(其他兩種工藝方法分別為UCC法(催化歧化法)和ETHYL法(氟化硅法))。而關于此法生 產硅垸產生的大量副產物的成分及用途的報道卻沒有。申請人通過X射線衍射 方法分析研究發現其主要成分為二氯六氨合鎂(Mg(NH3)6Cl2)，該副產物具有很 高的氨存儲密度。結合儲氫材料的最新研究進展金屬氨絡合物新型儲氫材料， 首次提出了將硅化鎂法制備硅烷的副產物(Mg(NH3)6Cl2)應用于儲氫。與目前 國內外學者采用的堿土金屬鹵化物與氨氣反應制備金屬氨絡合物的方法比較，采用硅化鎂法制備Mg(NH3)6Cl2工藝簡單且已實現生產，同時對于硅化鎂法合成硅烷工藝過程中固體廢棄物的綜合利用、環境保護和能源的節約等方面都具有重要意義。燃料電池將是本世紀最有競爭力的全新的高效、清潔發電方式，預計燃料 電池系統將在潔凈電站、電動汽車、移動電源、不間斷電源、潛艇及空間電源 等方面有著廣泛應用前景和巨大潛在市場。隨著氫燃料電池和電動汽車的迅速 發展與產業化，車載氫源技術及氫能基礎設施的研究與建設已引起發達國家的 廣泛關注，儲氫技術被認為是氫能利用走向實用化、規模化的關鍵。美國能源 部提出的一輛與汽油車標準相當的PEMFC電動汽車車載氫源的目標要求是重 量儲氫密度6%和體積儲氫密度601^112111-3。然而，綜觀目前所有實際可用的車 載儲氫或制氫技術，包括高壓儲氫、液氫儲氫、金屬氫化物儲氫、吸附儲氫以 及車載甲醇重整制氫裝置、汽油重整制氫裝置和天然氣重整裝置，無一能完全 滿足這些指標。因此，為了推動燃料電池的實用化及商業化進程，各先進國家， 包括政府研究機構和各大汽車公司，都開始對氫源技術系統研究給予高度重視。 深入研究和發展安全、高效、經濟的新型氣態氫儲存技術迫在眉睫。氨的氫含 量高達17.6wt。/。。最近，低溫催化氨分解制氫的研究取得突破使得氨用作車載氫 源成為可能，同時使得具有高氨含量的固態金屬氨絡合物成為一種新型儲氫材 料。在歐洲，N0rskov等采用無水MgCl2在常溫及lbarNH3壓力條件下，合成了常溫下安全穩定的金屬氨絡合物Mg(NH3)6Cl2;且Mg(NH3)6Cl2的吸放氨過程完全 可逆，無水MgCl2的可逆儲氨容量高達63.2mmolg"，對應質量儲氫密度高達 9.1wt%。目前大多數報道都采用堿土金屬鹵化物(如MgCl2)與氨氣反應制備 金屬氨絡合物(如Mg(NH3)6Cl2)。 發明內容本發明的目的在于提供一種硅化鎂法制備硅烷的副產物用途。 本發明解決其技術問題釆用的技術方案是由于該副產物具有很高的氨存儲密度；由于氨的氫含量高達17.6wt。/。及結合低溫催化氨分解制氫，使得具有高氨含量的固態金屬氨絡合物成為一種新型儲氫材料，用在燃料電池領域。申請人通過X射線衍射方法分析研究硅化鎂法合成硅烷產生的副產物，發現其主要成分為二氯六氨合鎂(Mg(NH3)6Cl2)，該副產物具有很高的氨存儲密度。結合儲氫材料的最新研究進展金屬氨絡合物新型儲氫材料，首次提出了將硅 化鎂法制備硅烷的副產物應用于儲氫。硅化鎂法制備硅烷副產物的用途本發明具有的有益效果是與目前國內外學者采用的堿土金屬鹵化物與氨氣反應制備金屬氨絡合物的方法比較，采用硅化鎂法制備硅烷和Mg(NH。6Cl2工藝簡單且已實現生產，同時對于硅化鎂法合成硅烷工藝過程中固體廢棄物的綜合利用、環境保護和能源的節約等方面都具有重要意義。
圖1是副產物的X衍射圖譜。 圖2是副產物的熱重曲線。
具體實施方式
本發明采用硅化鎂和經過干燥的氯化銨拌勻在一起，加入容器中，抽真空 系統將容器中的空氣抽走，充入氮氣保護，然后加入液氨，發生反應生成硅垸 氣體和副產物。將硅化鎂法制備硅垸的副產物裝于用有機玻璃的小盒子內(防止 吸水潮解)，經X射線衍射分析確定成分為Mg(NH3)6Cl2及NH4Cl的混合物(如圖l 所示)。鑒于硅化鎂法制備硅烷的反應原料為Mg2Si和NH4Cl，反應介質為液氨， 申請人:認為體系發生如下反應Mg2Si + 4NH4C1+8NH3 —~^ 2Mg(NH3)6Cl2 + SiH4Mg(NH3)6Cl2為八面體六氨絡合物，副產物中的NH4C1為沒有參與反應的原 料。用硅化鎂法生產硅垸，原料易得，成本較低，純度有保證，對環境影響小，改 進余地大，國內外已有報道。然而，關于其副產物的應用未見諸文獻報道。將硅 化鎂法制備硅烷的副產物應用于儲氨是迄今為止的首例。在此基礎之上調節反 應物Mg2Si與NH^的比例，提高副產物Mg(NH3)6Cl2的純度；研究金屬氨絡 合物Mg(NH3)6Cl2的微觀結構及其放氨特性；研究Mg(NH3)6Cl2放氨后得到多孔 MgCl2的微觀結構及其吸氨特性。與目前國內外學者采用的堿土金屬鹵化物與氨氣反應制備金屬氨絡合物的方法比較，采用硅化鎂法制備Mg(NH3)6Cl2工藝簡單且已實現中試生產，不采用極易潮解且粒徑大的MgCl2原料，省去了MgCl2球 磨工藝。由于NH3的絡合可能發生在Mg-Si鍵斷裂之后，C1離子來源于NH4C1 的分解，因此制備出來的Mg(NH3)6Cl2為原位生成，其顆粒尺寸較氨氣與MgCl2 顆粒反應得到的Mg(NH3)6Cl2細。一種以硅化鎂法制備硅烷的副產物的成分分析，及其副產物Mg(NH3)6Cl2 在氨存儲方面的應用實例實施例1:將硅化鎂法制備硅烷的副產物裝于用有機玻璃的小盒子內，經X射線衍射 分析確定成分為Mg(NH3)6Cl2及NH4Cl的混合物，副產物的X衍射圖譜如圖1 所示。圖中"#"標記為Mg(NH3)6Cl2的衍射峰。測試過程中不可采用常規方法，對副產物空氣中研磨，以防副產物與空氣中的水反應潮解，從而得不到正確的 結果。副產物中的NH4Cl為沒有參與反應的原料，可以通過控制反應物Mg2Si 與NH4C1的比例來減少其在副產物中的含量。實施例2:通過加熱并稱量的方法來分析副產物的分解放氨特性。圖2為副產物的熱 重曲線(熱重實驗升溫速率為10 °C min'1)。從熱重曲線可見，Mg(NH3)6Cl2& NH4C1混合物在25。C 60(TC之間存在四個分解峰，分解放出大量氨。前三個分 解峰，在270 °(:溫度以內放出的氨約占副產物總重的50%。第四個分解峰為部 分潮解的Mg(NH3)6Cl2得到產物(如Mg(OH)2)的熱分解峰，第四步分解過程沒 有明顯的氨放出。NH4C1的升華溫度為35(TC，而從熱重曲線可見混合物沒有明 顯的失重，說明混合物中NH4C1的含量不高。實施例3:通過40(TC加熱副產物(Mg(NH3)6Cl2的分解放出氨氣后得到粉體(成分以 MgCl2為主)在l bar NH3壓力條件下與氨氣反應，可得到(Mg(NH3)6Cl2，因此該粉體還具有反復儲氨的性能。
權利要求
1、硅化鎂法制備硅烷的副產物用途，其特征在于由于該副產物具有很高的氨存儲密度；由于氨的氫含量高達17.6wt％及結合低溫催化氨分解制氫，使得具有高氨含量的固態金屬氨絡合物成為一種新型儲氫材料，用在燃料電池領域。
全文摘要
本發明公開了一種硅化鎂法制備硅烷的副產物用途。由于該副產物具有很高的氨存儲密度；由于氨的氫含量高達17.6wt％及結合低溫催化氨分解制氫，使得具有高氨含量的固態金屬氨絡合物成為一種新型儲氫材料，用在燃料電池領域。與目前國內外學者采用的堿土金屬鹵化物與氨氣反應制備金屬氨絡合物的方法比較，采用硅化鎂法制備Mg(NH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>Cl<sub>2</sub>工藝簡單且已實現生產，同時對于硅化鎂法合成硅烷工藝過程中固體廢棄物的綜合利用、環境保護和能源的節約等方面都具有重要意義。
文檔編號C01C1/02GK101108737SQ200710068248
公開日2008年1月23日 申請日期2007年4月26日 優先權日2007年4月26日
發明者姚奎鴻, 席珍強, 曄 李, 杜平凡, 勇 王, 王耐艷, 祝洪良, 金達萊, 陳建軍, 高林輝 申請人:浙江理工大學