专利名称：硅化镁法制备硅烷的副产物用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及硅化镁法制备硅垸的副产物用途。
技术背景硅化镁法合成硅烷是目前国际上三种主要生产硅垸的工艺之一(其他两种工艺方法分别为UCC法(催化歧化法)和ETHYL法(氟化硅法))。而关于此法生 产硅垸产生的大量副产物的成分及用途的报道却没有。申请人通过X射线衍射 方法分析研究发现其主要成分为二氯六氨合镁(Mg(NH3)6Cl2)，该副产物具有很 高的氨存储密度。结合储氢材料的最新研究进展金属氨络合物新型储氢材料， 首次提出了将硅化镁法制备硅烷的副产物(Mg(NH3)6Cl2)应用于储氢。与目前 国内外学者采用的碱土金属卤化物与氨气反应制备金属氨络合物的方法比较，采用硅化镁法制备Mg(NH3)6Cl2工艺简单且已实现生产，同时对于硅化镁法合成硅烷工艺过程中固体废弃物的综合利用、环境保护和能源的节约等方面都具有重要意义。燃料电池将是本世纪最有竞争力的全新的高效、清洁发电方式，预计燃料 电池系统将在洁净电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源 等方面有着广泛应用前景和巨大潜在市场。随着氢燃料电池和电动汽车的迅速 发展与产业化，车载氢源技术及氢能基础设施的研究与建设已引起发达国家的 广泛关注，储氢技术被认为是氢能利用走向实用化、规模化的关键。美国能源 部提出的一辆与汽油车标准相当的PEMFC电动汽车车载氢源的目标要求是重 量储氢密度6%和体积储氢密度601^112111-3。然而，综观目前所有实际可用的车 载储氢或制氢技术，包括高压储氢、液氢储氢、金属氢化物储氢、吸附储氢以 及车载甲醇重整制氢装置、汽油重整制氢装置和天然气重整装置，无一能完全 满足这些指标。因此，为了推动燃料电池的实用化及商业化进程，各先进国家， 包括政府研究机构和各大汽车公司，都开始对氢源技术系统研究给予高度重视。 深入研究和发展安全、高效、经济的新型气态氢储存技术迫在眉睫。氨的氢含 量高达17.6wt。/。。最近，低温催化氨分解制氢的研究取得突破使得氨用作车载氢 源成为可能，同时使得具有高氨含量的固态金属氨络合物成为一种新型储氢材 料。在欧洲，N0rskov等采用无水MgCl2在常温及lbarNH3压力条件下，合成了常温下安全稳定的金属氨络合物Mg(NH3)6Cl2;且Mg(NH3)6Cl2的吸放氨过程完全 可逆，无水MgCl2的可逆储氨容量高达63.2mmolg"，对应质量储氢密度高达 9.1wt%。目前大多数报道都采用碱土金属卤化物(如MgCl2)与氨气反应制备 金属氨络合物(如Mg(NH3)6Cl2)。 发明内容本发明的目的在于提供一种硅化镁法制备硅烷的副产物用途。 本发明解决其技术问题釆用的技术方案是由于该副产物具有很高的氨存储密度；由于氨的氢含量高达17.6wt。/。及结合低温催化氨分解制氢，使得具有高氨含量的固态金属氨络合物成为一种新型储氢材料，用在燃料电池领域。申请人通过X射线衍射方法分析研究硅化镁法合成硅烷产生的副产物，发现其主要成分为二氯六氨合镁(Mg(NH3)6Cl2)，该副产物具有很高的氨存储密度。结合储氢材料的最新研究进展金属氨络合物新型储氢材料，首次提出了将硅 化镁法制备硅烷的副产物应用于储氢。硅化镁法制备硅烷副产物的用途本发明具有的有益效果是与目前国内外学者采用的碱土金属卤化物与氨气反应制备金属氨络合物的方法比较，采用硅化镁法制备硅烷和Mg(NH。6Cl2工艺简单且已实现生产，同时对于硅化镁法合成硅烷工艺过程中固体废弃物的综合利用、环境保护和能源的节约等方面都具有重要意义。
图1是副产物的X衍射图谱。 图2是副产物的热重曲线。
具体实施方式
本发明采用硅化镁和经过干燥的氯化铵拌匀在一起，加入容器中，抽真空 系统将容器中的空气抽走，充入氮气保护，然后加入液氨，发生反应生成硅垸 气体和副产物。将硅化镁法制备硅垸的副产物装于用有机玻璃的小盒子内(防止 吸水潮解)，经X射线衍射分析确定成分为Mg(NH3)6Cl2及NH4Cl的混合物(如图l 所示)。鉴于硅化镁法制备硅烷的反应原料为Mg2Si和NH4Cl，反应介质为液氨， 申请人:认为体系发生如下反应Mg2Si + 4NH4C1+8NH3 —~^ 2Mg(NH3)6Cl2 + SiH4Mg(NH3)6Cl2为八面体六氨络合物，副产物中的NH4C1为没有参与反应的原 料。用硅化镁法生产硅垸，原料易得，成本较低，纯度有保证，对环境影响小，改 进余地大，国内外已有报道。然而，关于其副产物的应用未见诸文献报道。将硅 化镁法制备硅烷的副产物应用于储氨是迄今为止的首例。在此基础之上调节反 应物Mg2Si与NH^的比例，提高副产物Mg(NH3)6Cl2的纯度；研究金属氨络 合物Mg(NH3)6Cl2的微观结构及其放氨特性；研究Mg(NH3)6Cl2放氨后得到多孔 MgCl2的微观结构及其吸氨特性。与目前国内外学者采用的碱土金属卤化物与氨气反应制备金属氨络合物的方法比较，采用硅化镁法制备Mg(NH3)6Cl2工艺简单且已实现中试生产，不采用极易潮解且粒径大的MgCl2原料，省去了MgCl2球 磨工艺。由于NH3的络合可能发生在Mg-Si键断裂之后，C1离子来源于NH4C1 的分解，因此制备出来的Mg(NH3)6Cl2为原位生成，其颗粒尺寸较氨气与MgCl2 颗粒反应得到的Mg(NH3)6Cl2细。一种以硅化镁法制备硅烷的副产物的成分分析，及其副产物Mg(NH3)6Cl2 在氨存储方面的应用实例实施例1:将硅化镁法制备硅烷的副产物装于用有机玻璃的小盒子内，经X射线衍射 分析确定成分为Mg(NH3)6Cl2及NH4Cl的混合物，副产物的X衍射图谱如图1 所示。图中"#"标记为Mg(NH3)6Cl2的衍射峰。测试过程中不可采用常规方法，对副产物空气中研磨，以防副产物与空气中的水反应潮解，从而得不到正确的 结果。副产物中的NH4Cl为没有参与反应的原料，可以通过控制反应物Mg2Si 与NH4C1的比例来减少其在副产物中的含量。实施例2:通过加热并称量的方法来分析副产物的分解放氨特性。图2为副产物的热 重曲线(热重实验升温速率为10 °C min'1)。从热重曲线可见，Mg(NH3)6Cl2& NH4C1混合物在25。C 60(TC之间存在四个分解峰，分解放出大量氨。前三个分 解峰，在270 °(:温度以内放出的氨约占副产物总重的50%。第四个分解峰为部 分潮解的Mg(NH3)6Cl2得到产物(如Mg(OH)2)的热分解峰，第四步分解过程没 有明显的氨放出。NH4C1的升华温度为35(TC，而从热重曲线可见混合物没有明 显的失重，说明混合物中NH4C1的含量不高。实施例3:通过40(TC加热副产物(Mg(NH3)6Cl2的分解放出氨气后得到粉体(成分以 MgCl2为主)在l bar NH3压力条件下与氨气反应，可得到(Mg(NH3)6Cl2，因此该粉体还具有反复储氨的性能。
权利要求
1、硅化镁法制备硅烷的副产物用途，其特征在于由于该副产物具有很高的氨存储密度；由于氨的氢含量高达17.6wt％及结合低温催化氨分解制氢，使得具有高氨含量的固态金属氨络合物成为一种新型储氢材料，用在燃料电池领域。
全文摘要
本发明公开了一种硅化镁法制备硅烷的副产物用途。由于该副产物具有很高的氨存储密度；由于氨的氢含量高达17.6wt％及结合低温催化氨分解制氢，使得具有高氨含量的固态金属氨络合物成为一种新型储氢材料，用在燃料电池领域。与目前国内外学者采用的碱土金属卤化物与氨气反应制备金属氨络合物的方法比较，采用硅化镁法制备Mg(NH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>Cl<sub>2</sub>工艺简单且已实现生产，同时对于硅化镁法合成硅烷工艺过程中固体废弃物的综合利用、环境保护和能源的节约等方面都具有重要意义。
文档编号C01C1/02GK101108737SQ200710068248
公开日2008年1月23日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者姚奎鸿, 席珍强, 晔 李, 杜平凡, 勇 王, 王耐艳, 祝洪良, 金达莱, 陈建军, 高林辉 申请人:浙江理工大学