硼氢化钠作为一种重要的化学合成中间体和储氢材料,在许多领域都有广泛的应用。了解如何合成硼氢化钠是掌握其应用和开发新的应用前景的关键。本文将介绍不同的合成方法和技术,以帮助读者更好地理解和掌握硼氢化钠的合成过程。
1. 以硼烷或有机硼为原料制备NaBH4
以该类原料可通过多种反应得到NaBH4,如在惰性溶剂中,氢化钠与烷基硼烷反应,可生成NaBH4,乙硼烷与三甲氧基硼氢化钠、甲醇钠、 四甲氧基硼酸钠反应也可生成NaBH4。
2. 以三卤化硼及四氟硼酸钠为原料制备NaBH4
在加热过程中,氢化钠可以通过与烷氧基钠、硼酸三甲酯、烷基硼烷或烷基铝反应来与三氟化硼生成NaBH4。此外,三氯化硼的胶合物或醚合物也可与氢化钠反应得到NaBH4。而在合适的条件下,气态的三氟化硼或三氯化硼可以分别与钠和氢气或氢化钠和氢气反应生成NaBH4。
3. 以硼酸酯为原料制备NaBH4
Schechter和Jackson对原子化的钠与氢及硼酸三甲酯直接合成NaBH4的反应进行了研究,该过程需要严格控制温度,并使用高沸点矿物油液分散的氢化钠作为反应介质,以减小温度波动。通过水解甲醇钠并蒸馏出甲醇,可以得到含有12% NaBH4 和40% NaOH的碱液,利用液氨或异丙醇进行萃取,可以得到固态产物。这种工艺在美国、日本和我国都有不同程度的工业化。
在溶剂如四氢呋喃中,硼酸三甲酯与氢化钠反应可以生成三甲氧基硼氢化钠,这种化合物在溶液中发生歧化反应,产生不溶的NaBH4和可溶的四甲氧基硼酸钠。当硼酸三甲酯过量6.5倍时,产率可达99.5%,而按化学计量投料时,产率只有54%。
此外,四甲氧基硼酸钠与活性铝及氢气在二缩乙二醇二甲醚中反应也可以生成NaBH4。近年来,使用烷基硼化合物或硼酸酯与铝粉、金属钠在一定的氢压下反应也获得了制备NaBH4的方法。
4. 以氧化硼、磷酸硼及硼酸盐为原料制备NaBH4
在不锈钢球磨反应器内,氢化钠与活性氧化硼在高于300 ℃反应生成NaBH4和偏硼酸钠,产率可达93.6%。但在反应过程中,19.5%的氢化钠消耗掉而没 有转化为NaBH4。氧化硼的粒度对产率有较大影响。当氧化硼、氢化钠与石英砂在450 ℃和0.4 MPa 下反应时,产率达92.5%。
5. 金属氢化物制备NaBH4
Li等研究了一种室温,由MgH2与Na2B4O7 在钠的化合物作催化剂的条件下,用球磨法制备 NaBH4的方法。Yoshitsugu等研究了用氢化镁高温制备NaBH4的方法,在7 MPa、550℃下实现NaBH4产率为97%。近年来国外还开发了通过加入还原剂制备硼氢化钠的工艺,例如MgH2、MgSi、C和 CH4等。
6. 电解法制备NaBH4
电解偏硼酸钠碱性水溶液亦可制备NaBH4。该方法使用阳离子交换膜将电解池分隔为阴极室和阳极室。电解时,阴极产生新生态原子氢,这种原子氢还原偏硼酸根离子生成硼酸根离子。其优点是成本低,且无需使用大量的金属Na。
7. 机械和化学还原法结合制备NaBH4
为了使反应在常温下即可以进行,日本学者提出了加入还原剂后通过球磨的方法。分别以硼砂和KBO2中加入还原剂MgH2为例。为了弥补钠的不足,NaCO3、NaOH和Na2O2等钠盐被加入,结果表明NaCO3效果最好。
参考文献:
[1]刘吉平,吴光波.硼氢化钠的制备及水解制氢[J].化工进展,2009,28(S1):208-213.
[2]吴光波,刘吉平,王君等.硼氢化钠的制备方法及水解制氢[J].现代化工,2007(S2):504-506+508.DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2007.s2.014.