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JP4099350B2 - Method for producing alkali metal borohydride - Google Patents

Method for producing alkali metal borohydride Download PDF

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JP4099350B2
JP4099350B2 JP2002167923A JP2002167923A JP4099350B2 JP 4099350 B2 JP4099350 B2 JP 4099350B2 JP 2002167923 A JP2002167923 A JP 2002167923A JP 2002167923 A JP2002167923 A JP 2002167923A JP 4099350 B2 JP4099350 B2 JP 4099350B2
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alkaline earth
earth metal
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精二郎 須田
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株式会社水素エネルギー研究所
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Description

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

Claims (10)

(1)、アルカリ土類金属酸化物にハロゲン化水素を反応させてアルカリ土類金属ハロゲン化物を生成させる工程、
(2)、工程(1)で得たアルカリ土類金属ハロゲン化物をアルカリ土類金属とハロゲンに電気分解する工程、
(3)、工程(2)で得たアルカリ土類金属を水素により水素化してアルカリ土類金属水素化物を生成させる工程、及び
(4)、工程(3)で得たアルカリ土類金属水素化物とメタホウ酸アルカリ金属塩とを反応させてアルカリ金属ホウ素水素化物を生成させる工程
を含むことを特徴とするアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。
(1) a step of reacting an alkaline earth metal oxide with a hydrogen halide to produce an alkaline earth metal halide,
(2) electrolyzing the alkaline earth metal halide obtained in step (1) into alkaline earth metal and halogen;
(3) a step of hydrogenating the alkaline earth metal obtained in step (2) with hydrogen to produce an alkaline earth metal hydride, and (4) the alkaline earth metal hydride obtained in step (3). And a method of producing an alkali metal borohydride by reacting an alkali metal metaborate with an alkali metal borate.
工程(1)におけるアルカリ土類金属酸化物としてメタホウ酸アルカリ金属塩をアルカリ土類金属水素化物又はアルカリ土類金属と水素により水素化してアルカリ金属ホウ素水素化物を製造する際に副生するアルカリ土類金属酸化物を用いる請求項1記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。Alkaline earth produced as a by-product in the production of alkali metal boron hydride by hydrogenating alkali metal metaborate with alkaline earth metal hydride or alkaline earth metal and hydrogen as alkaline earth metal oxide in step (1) The method for producing an alkali metal borohydride according to claim 1, wherein a metal oxide is used. 工程(2)で得たハロゲンに水素を反応させてハロゲン化水素を生成させ、これを工程(1)に循環させる請求項1記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。The method for producing an alkali metal borohydride according to claim 1, wherein hydrogen is reacted with the halogen obtained in step (2) to produce hydrogen halide, which is circulated to step (1). メタホウ酸アルカリ金属塩をアルカリ土類金属水素化物又はアルカリ土類金属と水素により水素化するに当り、機械的エネルギーを加えながら反応させる請求項2又は3記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。The method for producing an alkali metal borohydride according to claim 2 or 3, wherein the alkali metal metaborate salt is reacted with an alkaline earth metal hydride or an alkaline earth metal with hydrogen while applying mechanical energy. メタホウ酸アルカリ金属塩が、メタホウ酸ナトリウムである請求項2、3又は4記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。The method for producing an alkali metal borohydride according to claim 2, 3 or 4, wherein the alkali metal metaborate is sodium metaborate. メタホウ酸ナトリウムが、ホウ砂と水酸化ナトリウム水溶液とを反応させたのち、脱水し、加熱乾燥させたメタホウ酸ナトリウムである請求頂5記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。6. The method for producing an alkali metal borohydride according to claim 5, wherein the sodium metaborate is sodium metaborate which is reacted with borax and a sodium hydroxide aqueous solution, dehydrated and dried by heating. メタホウ酸アルカリ金属塩がアルカリ金属ホウ素水素化物を加水分解して水素を発生させたのちに得られる残留分を脱水、加熱乾燥したものである請求頂2、3又は4記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。The alkali metal boron hydride according to claim 2, 3 or 4, wherein the alkali metal salt of metaborate is obtained by hydrolyzing the alkali metal boron hydride to generate hydrogen to dehydrate and heat dry the residue. Manufacturing method. メタホウ酸アルカリ金属塩が、燃料電池の燃料として使用済排出液中から回収されたものである請求項2、3又は4記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。The method for producing an alkali metal borohydride according to claim 2, 3 or 4, wherein the alkali metal metaborate is recovered from spent effluent as fuel for a fuel cell. アルカリ金属ホウ素水素化物が、水素化ホウ素ナトリウム又は水素化ホウ素カリウムである請求項1ないし8のいずれかに記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。The method for producing an alkali metal borohydride according to any one of claims 1 to 8, wherein the alkali metal borohydride is sodium borohydride or potassium borohydride. アルカリ土類金属がマグネシウム又はカルシウムである請求項1ないし9のいずれかに記載のアルカリ金属ホウ素水素化物の製造方法。The method for producing an alkali metal borohydride according to any one of claims 1 to 9, wherein the alkaline earth metal is magnesium or calcium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI265146B (en) * 2004-10-08 2006-11-01 Rohm & Haas Direct elemental synthesis of sodium borohydride
US7455821B2 (en) 2005-04-04 2008-11-25 Rohm And Haas Company Process for production of a borohydride compound
US7906092B2 (en) 2006-06-21 2011-03-15 General Electric Company Methods for preparing compositions which comprise magnesium borohydride, and related materials
WO2008136087A1 (en) * 2007-04-23 2008-11-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Energy supply system
JP4965589B2 (en) * 2008-02-26 2012-07-04 ローム アンド ハース カンパニー Method for producing borohydride compound
JP6487787B2 (en) * 2015-06-17 2019-03-20 太平洋セメント株式会社 Barium hydride particles and process for producing the same
JP7070066B2 (en) * 2018-05-14 2022-05-18 新東工業株式会社 Method for producing tetrahydroborate
JP7070067B2 (en) * 2018-05-14 2022-05-18 新東工業株式会社 Method for producing tetrahydroborate
TWI768420B (en) * 2019-08-06 2022-06-21 日商日本輕金屬股份有限公司 Producing method of sodium borohydride

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4419456A1 (en) * 1994-06-03 1995-12-07 Goldschmidt Ag Th Process for the production of magnesium hydride
JP2002173306A (en) * 2000-12-06 2002-06-21 Seijiro Suda Method of manufacturing metal hydrogen complex compound
JP2002193604A (en) * 2000-12-22 2002-07-10 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Method for producing metal borohydride
JP4115119B2 (en) * 2001-04-06 2008-07-09 株式会社水素エネルギー研究所 Method for producing alkali metal tetrahydroborate

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