一种硼氢化镁的快速制备方法

本发明涉及储氢材料，尤其涉及一种硼氢化镁的快速制备方法。

背景技术：

1、氢能作为一种能量密度高、绿色环保的二次能源，被认为是最具前景的能源载体之一。但氢气的体积能量密度仅为4.4mj l-1，难以满足能源的技术指标，此外，氢气易燃易爆炸，存在一定的安全隐患，极大限制了氢能的大规模推广应用。

2、金属硼氢化物因其具有极高的质量和体积储氢容量，被认为是一种最具前景的储氢材料，可以有效的实现对氢能的储存和运输，其中硼氢化镁因其具有极高的质量储氢容量(14.9wt.％)和体积储氢容量(～146kg cm-1)被视为一种极具前景的储氢材料，同时硼氢化镁可以通过水解和热解的方式实现氢气的释放，可以不同应用环境下的应用要求。但是硼氢化镁的价格昂贵，制备方法繁琐，同时硼氢化镁的水解过程不可逆，极大地限制了硼氢化镁作为储氢能源的推广应用，急需开发一种成本低廉、工业简单、高效快速且安全可靠的硼氢化镁制备方法。

3、目前广泛应用的硼氢化镁合成方法是基于卤化镁(氯化镁或溴化镁等)与硼氢化物(硼氢化锂或硼氢化钠等)通过加热、球磨等方法发生离子交换反应，来合成硼氢化镁，主要的反应方程如下所示：

4、mgx2+2mbh4→mg(bh4)2+2mx(x＝cl,br；m＝li,na)

5、据目前已有的报道(angewandte chemie international edition,2007,46(30)：5765-5767)，硼氢化锂和氯化镁在乙醚中加热回流，成功合成了硼氢化镁，产率为30％，然而硼氢化锂与氯化锂均能溶于乙醚溶液中，导致产物中残留和生成的氯化锂和硼氢化锂等杂质无法去除，很难获得高纯的硼氢化镁。同时将硼氢化钠和氯化镁混合后进行球磨，其产率可达50％，随后可以通过溶解脱溶的方法将硼氢化镁进行纯化，采用湿法球磨的方法可以使产率提高到77％，然而使用价格已经很昂贵的硼氢化钠通过离子置换反应生成硼氢化镁的成本毫无疑问会非常的高，难以推广应用(journal ofmaterials chemistry,2007,17(33)：3496-3503；international journal ofhydrogen energy,2009,34,2144-2152)。

6、目前也有报道一些氢化镁和硼烷等其他衍生物发生加成反应制备硼氢化镁的制备方法，主要方程式如下：

7、3mgr2+4b2h6→3mg(bh4)2+2br3

8、但是该方法所使用的硼烷及其衍生物毒性高会对人体健康造成影响，一定程度上限制了其大范围应用。

9、此外，通过在高温高压的条件下将硼氢化镁放氢产物mgb2直接氢化生成硼氢化镁也是目前已报道的硼氢化镁合成方法之一。如目前已报道的在390℃、90mpa氢气的条件下氢化72h合成硼氢化镁，但是此类方法所需氢压高危险性大，且需要的温度高会造成一定的能量损耗，不适合大规模生产。

10、近些年也报道出一些通过简单的室温球磨将硼源中的b-o键转化成b-h键制备硼氢化镁的方法，例如最近报道的使用氧化硼与氢化镁直接球磨的方式，球磨15h的产率可达76.9％(chemical engineering journal,2022,432：134322)，还有使用硼酸镁与氢化镁室温球磨合成硼氢化镁的方法(公开号为cn116374956a的中国专利)，该方法球磨15h的产率可达57.3％。上述方法虽然所用成本较低且合成手段简单，但是所需合成时间较长，造成的能耗也较高，无法实现短时快速合成硼氢化镁。

11、综上所述，目前报道的硼氢化镁的合成方法仍存在成本高、工艺复杂、纯度低、能耗耗时长等问题。现有技术手段很难实现硼氢化镁的大规模推广应用。因此，如何提供一种成本低、工艺简单和纯度高的硼氢化镁快速制备方法是本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种硼氢化镁的快速制备方法，以解决目前报道的硼氢化镁的合成方法存在成本高、工艺复杂、纯度低、能耗耗时长等问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种硼氢化镁的快速制备方法，包括如下步骤：

4、将氢化镁和稀土硼酸盐混合后，进行固相球磨得到硼氢化镁。

5、优选的，所述氢化镁和稀土硼酸盐的摩尔比为4～8：1～2。

6、优选的，所述稀土硼酸盐包括硼酸钇和/或硼酸镧。

7、优选的，所述固相球磨的球料比为25～100：1，固相球磨的转速为300～1800rpm，固相球磨的时间为0.1～5h。

8、优选的，所述固相球磨在非氧化气氛下进行。

9、优选的，所述非氧化气氛包括真空气氛、氩气气氛、氢气气氛和氮气气氛中的一种或几种。

10、优选的，所述固相球磨后还包括提纯。

11、优选的，所述提纯的步骤如下：

12、将固相球磨后的混合物与溶剂混合，分离得到提取液，提取液进行干燥处理后得到硼氢化镁。

13、优选的，所述溶剂包括乙醚和/或二甲基硫醚。

14、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1、本发明采用稀土硼酸盐作为硼源，可以通过简单的水热方法制得，工艺简单，价格较低；当硼酸盐选用硼酸钇和硼酸镧时，原料具有较低的毒性，安全性良好。

16、2、本发明得到的硼氢化镁利于提纯，提纯过程中所使用的溶剂不会溶解除硼氢化镁以外的金属氢化物、金属氧化物、未反应的反应原料以及反应副产物，能够获得无杂质纯度较高的硼氢化镁，解决了现有技术中，如离子交换反应中残留的一些金属硼氢化物如硼氢化锂或生成的氯化锂等溶于有机溶剂导致硼氢化镁纯度较低的问题。

17、3、本发明避免了现有技术中，如离子交换反应中所使用的硼氢化物(如硼氢化钠、硼氢化锂等)价格昂贵和使用高温高压合成方法中使用的氢气或硼烷等易燃易爆高危险性的问题。

18、4、本发明制备硼氢化镁所需时间短，仅需2h即可获得近50％的产率，快于现有硼氢化镁合成技术所需时间，可实现短时间内硼氢化镁的快速合成，具备高效合成硼氢化镁的应用潜力。

技术特征：

1.一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，所述氢化镁和稀土硼酸盐的摩尔比为4～8：1～2。

3.根据权利要求1或2所述的一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，所述稀土硼酸盐包括硼酸钇和/或硼酸镧。

4.根据权利要求3所述的一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，所述固相球磨的球料比为25～100：1，固相球磨的转速为300～1800rpm，固相球磨的时间为0.1～5h。

5.根据权利要求4所述的一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，所述固相球磨在非氧化气氛下进行。

6.根据权利要求5所述的一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，所述非氧化气氛包括真空气氛、氩气气氛、氢气气氛和氮气气氛中的一种或几种。

7.根据权利要求4～6任一项所述的一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，所述固相球磨后还包括提纯。

8.根据权利要求7所述的一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，所述提纯的步骤如下：

9.根据权利要求8所述的一种硼氢化镁的快速制备方法，其特征在于，所述溶剂包括乙醚和/或二甲基硫醚。

技术总结本发明属于储氢材料技术领域，具体公开了一种硼氢化镁的快速制备方法。本发明首先将氢化镁和稀土硼酸盐(硼酸钇、硼酸镧等)均匀混合后进行固相球磨处理，得到固相球磨产物，即得硼氢化镁；随后将固相球磨产物均匀混合在溶剂中，经过提纯后，即可获得高纯度硼氢化镁。本发明所使用的原料稀土硼酸盐均可通过简单的水热法合成出来，工艺简单，成本低廉。并且仅需2h即可达到近50％的收率，具备快速合成硼氢化镁的工业化生产潜力，同时能够保证所制备的硼氢化镁的高纯度。技术研发人员：欧阳柳章,刘邢宇,申少洋,朱敏受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18