专利名称：产生氢气的方法
技术领域：
本发明有关于一种产生氢气的方法，特别是指一种以化学反应或同时经化学反应
与电化学反应，能提供较佳产氢速率的产氢方法。
背景技术：
氢气是一种无污染性的能源，除可作为燃料、镍氢电池的原料外，也可作为工业上 能源所需，例如石油加工与化学工业、治金工业及半导体工业中的脱硫反应材料。而且氢 气在燃料电池中的反应不会产生二氧化碳，在燃料电池的发展中，氢气预期将成为一种新 能源的来源，其需求量逐倍的增加是指日可见，因而，对于氢气未来的应用不缔为首要的研 究课题之一。 如所周知，氢气虽然在特定条件下存于地壳中，但量少而难以开采或回收，因此必 需藉由人为制造技术来生产氢气。现有生产氢气的方法相当的多，例如蒸气重组法(steam reforming)、部分氧化法(partial oxidation)以及水煤气法(gasification)，或以电解 水制造氢气等，但是前三者在制氢过程会产生许多二氧化碳，对于全球温室效应的影响很 大，而后者在制氢过程耗电量高，相对成本高，并不符合经济效益。 另一种方法是利用氢硼化钠(NaBH4)于碱性溶液中，再使用触媒(如Ru、 Pt等) 来产生氢气，此方法可以迅速且简便地制备氢气，已逐渐受到重视。然而，该方法中的氢硼 化钠必须从硼酸盐矿中提炼而得，目前提炼一公斤氢硼化钠的成本约为80美元，而且全球 硼酸盐矿仅集中在少数国家(如美国和土耳其)，除取得不易外，成本高也不符合经济效
.、 此外，尚有利用金属废弃物制造再生氢能源的方法，例如以废弃铝罐回收作为制 氢材料的相关研究，但回收铝罐表面的涂装塑料仍需使用硫酸溶液去洗除，因而相对衍生 工业废水处理的问题，从而造成二次污染。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种创新的产生氢气的方法，该方法以金属、金属合 金或其废料作为反应材料，配合电解液经化学反应或同时经化学反应与电化学反应，而能 够产生氢气，藉以适用于大型工厂(钢铁厂、焚化厂)或大型氢气使用装置(定置型燃料电 池)，及小型或携带式燃料电池。而且，依照本发明的方法反应结束后所获得含有金属离子 的电解液，再经处理而可还原成金属回收使用于本发明的产氢方法中或应用于可充电式电 池的电解质或可充电式电池的电极材料，藉以实现完整氧化还原循环的经济、实用目的，以 及不会造成二次污染的效果。 本发明的再一目的，在于提供一种可使得产氢效率更佳的产生氢气的方法，其在 产氢的化学反应或同时经化学反应与电化学反应的过程中，添加有机酸或无机酸，从而可 增加产氢的速率。 为实现上述目的，本发明产生氢气的方法包括产氢反应形成步骤，该步骤的可行方式之一，是以金属、金属合金或其废料作为产氢反应的材料，经清净处理并与电解液接触产生化学反应，以取得氢气及副产物。 依据上述的产氢反应形成步骤，其中该电解液可采用具导电度的酸性电解质溶液或酸性水溶液。 另外，本发明该产氢反应形成步骤的另一可行方式，是以异种金属经清净处理后进行结合，作为产氢反应的材料，经置于电解液或水中并以异种金属间还原电位差产生电化学反应，以取得氢气及副产物。 依据上述的产氢反应形成步骤，其中异种金属是以具较低还原电位的金属作为阳极，该阳极的金属可采用镁合金、铝合金等，而以具较高还原电位的金属作为阴极，该阴极的金属可采用不锈钢、白金等。再者，该电化学反应中的电解液，可采用氯化钠、生理食盐水或KC1等具导电度的液体。
本发明产生氢气的方法，还包括产氢反应加速步骤，该步骤可行方式之一是在产
氢反应形成步骤中添加有机酸或无机酸，藉以经由化学反应增加产氢的速率。 依据上述步骤，其中该有机酸可采用醋酸、甲酸、柠檬酸等，而无机酸可采用盐酸、
硫酸、硝酸等。 另外，本发明产氢反应加速步骤的另一可行方式，还可将金属、金属合金或其废料
与触媒结合，并在酸性电解液中，藉以经由化学与电化学反应增加产氢的速率。
本发明产生氢气方法还包括衍生处理步骤，将产氢反应结束后所获得含有金属
离子的电解液，再经干燥及适当溶液处理，或经电解法的还原处理，从而可以还原成金属回
收使用于本发明的产氢方法中或应用于可充电式电池的电极材料。 本发明提供了具有较佳产氢速率的产生氢气的方法，且该方法反应结束后所获得含有金属离子的电解液，再经处理可还原成金属回收使用于本发明的产氢方法中或应用于可充电式电池的电极材料，能实现完整氧化还原循环的经济、实用目的，以及不会造成二次污染的效果。
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的技术方案
及其他有益效果显而易见。 附图中， 图1为本发明产生氢气的方法的第一实施例的流程 图2为本发明产生氢气的方法的第二实施例的流程 图3A、图3B为本发明产氢总量与时间的关系 图4为本发明产生氢气的方法的第三实施例的流程图。
具体实施例方式
请参阅图l，其为本发明产生氢气的方法的第一实施例的流程图，本发明产生氢气的方法1包括产氢反应形成步骤2及产氢反应加速步骤3，以及衍生步骤4，其中该产氢反应形成步骤2是以金属、金属合金或其废料作为产氢反应材料20，经清净处理21后与电解液22(可采用具导电度的酸性电解质溶液或酸性水溶液)接触产生化学反应，以取得氢气50及副产物51，所产生的氢气50适用于大型工厂(钢铁厂、焚化厂)或大型氢气使用装置(定置型燃料电池)60。 该产氢反应加速步骤3，是在产氢反应形成步骤中的电解液22添加有机酸(可采用醋酸、甲酸、柠檬酸等)或无机酸(可采用盐酸、硫酸、硝酸等)30，藉以经由化学反应增加产氢的速率，其反应方程式如下(其中Mt代表金属、金属合金及其废料)
Mt+RCOOH—RC00Mt+l/2H2，
Mt+HCl — MtCl+l/2H2。 该衍生步骤4为将上述产氢反应结束后所获得含有金属离子的电解液52，再经干燥40及适当溶液(可采用四氢呋喃(Tetrahydrofuran，THF)或无水酒精)41处理，可应用于可充电式电池61 ，或经电解法42还原处理，可还原成金属回收使用于本发明的产氢方法中或应用于充电式电池的电极材料62。 另外，要补充说明的是，前述该产氢反应加速步骤3也可将金属、金属合金或其废料等产氢反应材料20与触媒结合，并在酸性电解液中，藉以经由化学与电化学反应增加产氢的速率。 请参阅图2，其为本发明产生氢气的方法的第二实施例的流程图，本发明产生氢气的方法1'包括产氢反应形成步骤2'及产氢反应加速步骤3'，以及衍生步骤4'，其中该产氢反应形成步骤1'是以异种金属20'作为产氢反应材料，该异种金属20'包含阳极金属(可采用镁合金、铝合金等废弃产品)201'与阴极金属(可采用不锈钢、白金等)202'，经清净处理21'后，先将阳极金属201'进行粉碎23'(或再经由熔炉融化)后，将其喷覆24'在阴极金属202'上并巻成圆柱状(或直接以输送带方式)进入产氢反应器进行结合作为产氢反应的材料(注阳极金属也可粉碎成圆珠状或其他不规则形状，而阴极金属可同样粉碎为圆珠状或其他不规模形状，再于产氢反应器内接触)，经由置于电解液25'(或水中)并以异种金属间还原电位差产生电化学反应，以取得氢气50'及副产物51'，所产生的氢气50'适用于大型工厂(钢铁厂、焚化厂)或大型氢气使用装置(定置型燃料电池)60'。
值得说明的是，本实施例中该阴极所采用的金属与阳极所采用金属相互电位差，以介于0. 71V至3. 49V为最佳。而且，前述本发明在电化学反应期间还加入电解液，该电解液也可采用氯化钠或KC1溶液。这样的电解液在电化学反应中通过阴、阳极金属201' 、202'的电极还原电位差驱动，而产生气体。即可取得氢气50'及氢氧化物的副产物51'，其反应方程式如下(若阳极金属采用镁合金；阴极金属采用不锈钢网(AISI 304))
Mg+2H20 — Mg (OH) 2+H2 。 而该产氢反应加速步骤3'，是在产氢反应形成步骤中的电解液25'(或水中)添加有机酸(可采用醋酸、甲酸、柠檬酸等)或无机酸(可采用盐酸、硫酸、硝酸等)30'，藉以经由化学反应增加产氢的速率，其反应方程式如下
Mt+RCOOH—RC00Mt+l/2H2，
Mt+HCl — MtCl+l/2H2。 该衍生步骤4'是将上述产氢反应结束后所获得含有金属离子的电解液52'，再经干燥40'及适当溶液(可采用四氢呋喃(Tetrahydrofuran，THF)或无水酒精)41'处理，可应用于可充电式电池61'，或经电解法42'还原处理，可还原成金属回收使用于本发明的产氢方法中或应用于充电式电池的电极材料62'。
由上述第一与第二实施例可知，本发明的方法经反应处理后，除可以取得氢气加以利用之外，还可取得氢氧化镁的副产物，作为耐热产品的阻燃原料。接着请参阅图3A、图3B，其为本发明产氢总量与时间的关系图，由该两关系图可以清楚的看出，在相同条件下(电解液采用1500ml，3. 5wt. %氯化钠水溶液；阳极金属采用镁合金；阴极采用尺寸为2X8cn^的不锈钢网(AISI304))，添加有机酸(醋酸)来提高产氢速率与产氢总量，能有效的提高产氢的效果。 请参阅图4，其为本发明产生氢气的方法的第三实施例的流程图，本实施例产生氢气的方法可单纯的以化学反应进行产氢，而不同时加入产氢反应加速步骤3，以及衍生步骤4，这样同样可以实现产氢的目的，如图所示，本发明产生氢气的方法1"包括该产氢反应形成步骤2"以金属、金属合金或其废料作为产氢反应材料20"，经清净处理21"后与酸性溶液(可采用酸性电解质溶液或酸性水溶液)22"接触产生化学反应，以取得氢气50"及副产物51"，而所产生的氢气50"可适用于工业上利用，例如适用于大型工厂(钢铁厂、焚化厂)或大型氢气使用装置(定置型燃料电池)60"，此外，上述产氢反应结束后还获得含有金属离子的电解液52"。 综观本发明的方法，除了可利用金属、金属合金或其废料再加以处理利用，而且不会产生二次污染，符合目前环保的需求；同时制氢反应的副产物-氢氧化物、有机或无机金属化合物，尚可作为其它有用的原料，提升附加价值具有高度的产业利用性，而且本发明的方法反应结束后所获得含有金属离子的电解液，再经处理而可应用于可充电式电池的电解质及电极材料，能够实现完整氧化还原循环的经济、实用目的。 综上所述，本发明产生氢气的方法的确能实现本发明的目的，符合发明专利条件，但是以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但凡依据本发明所作的各种修饰与变化，仍应包含于本专利申请范围内。
权利要求
一种产生氢气的方法，其特征在于，包括产氢反应形成步骤及产氢反应加速步骤，其中该产氢反应形成步骤是以金属、金属合金或其废料作为产氢的反应材料，经清净处理并与电解液接触产生化学反应，以取得氢气及副产物，而该产氢反应加速步骤，是在产氢反应形成步骤中添加有机酸或无机酸，藉以经由化学反应增加产氢的速率，其反应方程式如下Mt+RCOOH→RCOOMt+1/2H2，Mt+HCl→MtCl+1/2H2。
2. 如权利要求l所述的产生氢气的方法，其特征在于，该电解液可采用具导电度的电 解质溶液或酸性水溶液。
3. 如权利要求1所述的产生氢气的方法，其特征在于，该有机酸可采用醋酸、甲酸或柠 檬酸，而无机酸可采用盐酸、硫酸或硝酸。
4. 如权利要求1所述的产生氢气的方法，其特征在于，其还包括衍生处理步骤，将产 氢反应结束后所获得含有金属离子的电解液，再经干燥及适当溶液的处理，即可应用于可 充电式电池。
5. 如权利要求1所述的产生氢气的方法，其特征在于，该金属、金属合金或其废料可进 一步与触媒结合，并在酸性电解液中，藉以经由化学与电化学反应增加产氢的速率。
6. 如权利要求1所述的产生氢气的方法，其特征在于，还包括衍生处理步骤，将产氢 反应结束后所获得的含有金属离子的电解液，再经电解法还原处理，还原成金属回收使用 于本发明的产氢方法中或应用于可充电式电池的电极材料。
7. —种产生氢气的方法，其特征在于，包括产氢反应形成步骤及产氢反应加速步骤，其中该产氢反应形成步骤是以异种金属经清净处理后进行结合作为产氢反应的材料，经置 于电解液或水中并以异种金属间还原电位差产生电化学反应，以取得氢气及副产物，而该 产氢反应加速步骤，是在产氢反应形成步骤中添加有机酸或无机酸，藉以经由化学反应增加产氢的速率，其反应方程式如下Mt+RC00H — RC00Mt+l/2H2， Mt+HCl — MtCl+l/2H2。
8. 如权利要求7所述的产生氢气的方法，其特征在于，异种金属是以具较低还原电位 的金属作为阳极，该阳极的金属可采用镁合金或铝合金，而以具较高还原电位的金属作为 阴极，该阴极的金属可采用不锈钢或白金。
9. 如权利要求8所述的产生氢气的方法，其特征在于，该电化学反应中的电解液，可采 用不会对水中的氢和氢氧离子造成改变的氯化钠、生理食盐水或KC1。
10. 如权利要求9所述的产生氢气的方法，其特征在于，其中作为阴阳极的两金属进行 结合的步骤，是先将阳极金属粉碎，再经由熔炉融化后，使其喷覆在阴极金属上并巻成圆柱 状或直接以输送带方式进入产氢反应器。
11. 如权利要求9所述的产生氢气的方法，其特征在于，其中作为阴阳极的两金属进行 结合的步骤，是先将阳极金属粉碎成圆珠状或其他不规则形状，再与同样粉碎成圆珠状或 其他不规则形状的阴极金属在产氢反应器内接触。
12. 如权利要求7所述的产生氢气的方法，其特征在于，其中该有机酸可采用醋酸、甲 酸或柠檬酸，而无机酸可采用盐酸、硫酸或硝酸。
13. 如权利要求7所述的产生氢气的方法，其特征在于，还包括衍生处理步骤，将产氢 反应结束后所获得含有金属离子的电解液，再经干燥及适当溶液的处理，即可应用于可充 电式电池。
14. 如权利要求7所述的产生氢气的方法，其特征在于，还包括衍生处理步骤，将产氢 反应结束后所获得含有金属离子的电解液，再经电解法还原处理，从而可还原成金属回收 使用于本发明的产氢方法中或应用于可充电式电池的电极材料。
15. —种产生氢气的方法，其特征在于，该方法以金属、金属合金或其废料作为产氢反应的材料，经清净处理并与电解液接触产生化学反应，以取得氢气及副产物。
16. 如权利要求15所述的产生氢气的方法，其特征在于，该电解液可采用具导电度的 电解质溶液或酸性水溶液。
17. —种产生氢气的方法，其特征在于，包括产氢反应形成步骤及衍生处理步骤，其中该产氢反应形成步骤是以金属、金属合金或其废料作为产氢的反应材料，经清净处理并 与酸性溶液接触产生化学反应，以取得氢气及副产物，而该衍生处理步骤是将产氢反应结 束后所获得含有金属离子的电解液，再经干燥及适当溶液处理，或经电解法还原处理，还原 成金属。
18. —种产生氢气的方法，其特征在于，包括产氢反应形成步骤及衍生处理步骤，其中该产氢反应形成步骤是以异种金属经清净处理后进行结合作为产氢反应的材料，经置于 电解液或水中并以异种金属间还原电位差产生电化学反应，以取得氢气及副产物，而该衍 生处理步骤是将产氢反应结束后所获得含有金属离子的电解液，再经干燥及适当溶液处 理，或经电解法还原处理，还原成金属。
全文摘要
本发明有关于一种产生氢气的方法，包括产氢反应形成步骤及产氢反应加速步骤，以及衍生处理步骤，其中产氢反应形成步骤的可行方式之一，是以含有金属、金属合金或其废料作为产氢的反应材料，经清净处理并与电解液接触产生化学反应，以取得氢气及副产物，而该产氢反应加速步骤可行方式之一是在产氢反应形成步骤中添加有机酸或无机酸，藉以经由化学反应增加产氢的速率，该衍生处理步骤将产氢反应结束后所获得含有金属离子的电解液再经干燥及适当溶液处理，或经电解法还原处理，藉以实现完整氧化还原循环的经济、实用目的，且不会造成二次污染效果。
文档编号C01B3/08GK101746723SQ200810184899
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者林恒毅, 许苍林, 黄金镇 申请人:良峰塑胶机械股份有限公司