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1. WO2016094998 - METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN AND NON-CORROSIVE ALKALINE IONIC COMPOUND; ALKALINE ELECTROLYTIC SOLUTION; AND NON-CORROVISE ALKALINE IONIC COMPOUND

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[ PT ]

Relatório Descritivo da Patente de Invenção "PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÉNIO E COMPOSTO IÔNICO ALCALINO NÃO CORROSIVO; SOLUÇÃO ELETROLÍTICA ALCALINA; E COMPOSTO IÔNICO ALCALINO NÃO CORROSIVO ".

Campo Técnico

A presente invenção se relaciona a processo para obtenção de hidrogénio, utilizando uma reação de hidrólise para quebrar a molécula da água. Mais especificamente refere-se a um processo que possibilita a obtenção do gás hidrogénio em escala industrial, diferentemente dos processos do género atualmente conhecidos, que obtêm o gás hidrogénio apenas em escala laboratorial. A presente invenção também se refere a uma solução eletrolítica alcalina e a um composto iônico alcalino não corrosivo.

Descrição do Estado da Técnica

São amplamente conhecidos os processos para obtenção de hidrogénio que utilizam pelo menos um metal em uma reação de hidrolise (reação química que envolve a quebra de uma molécula por ação da molécula de água).

Um dos métodos mais usados na obtenção de hidrogénio em laboratório é a reação de um álcali com alumínio, pelo caráter anfótero do alumínio, que reage tanto com ácidos quanto com bases.

Ao entrar em contato com a solução de NaOH, o alumínio metálico forma um complexo de Na e Al, e H2 gasoso. A reação é representada na seguinte equação:

2 AI(S) + 2 NaOH(aq) + 6 H2O→ 2 Na[AI(OH)4](C) + 3 H2(g)

Para a obtenção do hidrogénio através desse método comum pode ser utilizado outros metais como o zinco, por exemplo.

Nesse método, o alumínio se dissolve na solução aquosa de NaOH e libera hidrogénio, formando um aluminato.

Esse método comum de obtenção de hidrogénio a partir de reações de alumínio e uma base em uma reação de hidrólise é um método prático, porém não eficaz, pois o recolhimento de hidrogénio é inviável, uma vez que essas reações são rápidas, em razão da elevada temperatura da reação química, liberando vapor de água que prejudica a pureza do hidrogénio, e por não apresentar estabilidade duradoura, inviabilizando uma obtenção regular do hidrogénio. Além disso, o subproduto resultante da reação nesse método comum é apenas uma escória, sem utilidade importante.

Obietivos da Invenção

A presente invenção pretende resolver essas inconveniências propondo um novo processo para obtenção de hidrogénio que utiliza a reação de hidrólise para quebrar as moléculas da água, no qual a temperatura é mantida dentro de limites que permitem obter a liberação regular e estável de gás hidrogénio e não de vapor de hidrogénio, o que é obtido no método comum de obtenção de hidrogénio a partir de reações de hidrólise.

Os objetivos acima e outros objetivos da presente invenção são alcançados em um processo que consiste em combinar, em uma reação de hidrólise, preferentemente na sequencia a seguir, pelo menos um composto iônico (pelo menos uma base ou pelo menos um sal básico ou, alternativamente, pelo menos um sal associado com pelo menos uma base), água, pelo menos um metal preferentemente o alumínio (por seu caráter anfótero), pelo menos um ácido, sendo que o ácido participa dessa combinação como o componente em menor proporção na reação, que desse modo, não altera a forte alcalinidade da solução.

Como efeito técnico novo e vantajoso, a combinação do ácido com os demais componentes estabiliza a temperatura da reação química, o que possibilita manter a reação estável por maior tempo, e uma consequente obtenção mais efetiva e contínua de hidrogénio, o que possibilita o fornecimento de um fluxo com pressão suficiente para uso direto, sem a necessidade de armazenar o gás sob pressão para uso posterior.

Outra vantagem do processo objeto da presente invenção é que o mesmo possibilita obter hidrogénio em larga escala industrial através do aproveitamento da água oceânica, diferentemente da

eletrólise.

Em um ensaio do processo objeto da presente invenção, em uma combinação preferida, foi usada a base Na(OH). O ensaio consistiu em combinar, em uma hidrólise realizada em vaso de pressão, 500g da base NaOH, 4.000g de água, 12g do ácido H2SO4, e 250g do metal alumínio. A reação resultou em uma vasão média de 1 1 l/min de gás hidrogénio, medida pelo fluxômetro calibrado à pressão de 3,5 kgf/cm2, durante 390 minutos, tendo sido feitas durante esse período cinco reposições do alumínio, de 250g cada uma, e três reposições de água de 1 .500g.

O gás liberado não era armazenado, sendo direcionado diretamente para queima em um maçarico de corte com oxigénio, com o qual foram feitos cortes em chapas de aço ¼" com eficiência. Observou-se que a temperatura da reação se manteve entre 93°C e 1 15°C após a sua estabilização. Sendo interrompida a reposição do alumínio a reação chegou ao final, restando no vaso de pressão 5.935g de um precipitado com duas fases, líquido e pastoso.

Como resultado adicional, foi verificado que no processo para obtenção de hidrogénio objeto da presente invenção, a reação química que ocorre no processo dá origem a um precipitado que constitui um composto iônico fortemente alcalino e, paradoxalmente, não corrosivo. Tais características antagónicas conferem a esse composto iônico propriedades que possibilitam a sua aplicação como componente em diversos produtos industriais, entre eles, sua utilização como um neutralizador de corrosividade presentes em ácidos e bases cáusticas sem alteração relevante no pH - potencial hidrogeniônico dessas substâncias. Além dessa aplicação, esse composto iônico pode ser utilizado em outras aplicações onde seja desejável aumentar de forma substancial a alcalinidade de alguma substância ou meios sem a correspondente presença indesejável da corrosividade.

Uma aplicação útil desse composto iônico de elevada alcalinidade e não corrosivo é a sua utilização como coagulante para uso em processos de clarificação de águas turvas, através da floculação de suas dispersões coloidais.

Dependendo das substâncias químicas e metais combinados no processo podem ser obtidos no referido precipitado: hidróxidos, sulfatos, hidretos, compostos iónicos complexos, entre outros.

No ensaio do processo objeto da presente invenção, acima descrito, após algum período de decantação as fases do precipitado mostraram-se nitidamente separadas, evidenciando-se um líquido transparente sobre uma pasta branca, ambos inodoros e não voláteis. A fase líquida apresentava um pH de 13,1 e condutividade elétrica de 19,75 mS/cm, a 25°C.

Em um experimento posterior realizado após 72 horas de repouso do precipitado, a fase liquida foi totalmente drenada e substituída por água mineral com pH de 4,58, que em contato com a fase sólida do precipitado teve suas propriedades imediatamente alteradas, passando a apresentar o mesmo pH de 13,1 e condutividade elétrica de 19,75 mS/cm, a 25°C, da fase líquida drenada, mostrando que tais propriedades são intrínsecas da fase pastosa do precipitado, que são transferidas por diluição para fase líquida.

A seguir são apresentadas duas formas não limitativas do processo, que priorizam a produção do composto iônico em detrimento da produção de hidrogénio: A primeira forma visa uma reação rápida para produção do composto iônico alcalino não corrosivo, e compreende primeiramente combinar, em uma reação de neutralização parcial, uma base e um ácido, para somente depois, ao final dessa reação adicionar água. O metal poderá ser adicionado posteriormente, em qualquer momento. A segunda forma, por não provocar previamente uma reação de neutralização parcial, é um processo lento, e compreende primeiramente combinar base e/ou sal básico, a água e o ácido, em um recipiente apropriado, pelo menos parcialmente aberto. Preferentemente deve-se aguardar a mistura atingir a temperatura ambiente para acrescentar o metal; a reação alcançará a sua temperatura máxima; ao final dessa reação, quando a temperatura precipitar-se, se necessário, adicione mais água e/ou metal. Esse processo pode prolongar-se por algumas horas ou dias, pode ocorrer interrupções por falta de água e/ou metal, caso isso ocorra, reinicie o processo adicionando novamente mais água e/ou metal, na melhor ocasião, inclusive pode acontecer em outra data, fato que não compromete o reinício da reação.

Em outro ensaio foram comprovadas as propriedades que possibilitam a utilização do composto iônico como um neutralizador de corrosividade presentes em ácidos e bases cáusticas sem alteração relevante no pH - potencial hidrogeniônico dessas substâncias. No experimento foi adicionado 2,5 ml do composto iônico da presente invenção com pH de 13,1 em 5 ml de ácido clorídrico cujo pH era de 1 ,5. Ocorreu assim uma reação de neutralização parcial. Em seguida foi medido o pH da solução resultante, que se apresentava com pH de 1 ,7. Essa solução foi aplicada em uma peça de tecido de algodão, que não sofreu nenhuma corrosão da solução ácida.

Em outro ensaio, foi observada a viabilidade de aplicação do precipitado composto iónicos em produtos de características refratárias. Dez folhas de papel de impressão foram grampeadas e impregnadas com a parte líquida do precipitado. Após a sua secagem total, as folhas de papel foi colocada sobre uma chama que incidia perpendicularmente contra o seu centro. As folhas tratada com o líquido precipitado resistiu à combustão, mostrando a sua eficácia como um anti-propagador de chamas. Outra aplicação útil desse composto iônico de elevada alcalinidade e não corrosivo é a sua utilização como aditivo refratário para uso em cimentos, cerâmicas, e outras massas usadas na construção civil.

A presente invenção também se refere a uma solução eletrolítica alcalina para uso no processo objeto da presente invenção, com a finalidade de viabilizar o armazenamento de uma solução previamente preparada para uso posterior no referido processo, sendo acrescentado à mesma apenas o metal na ocasião do uso do processo, reduzindo os riscos inerentes à manipulação das substâncias corrosivas utilizadas no processo. Essa solução eletrolítica alcalina é resultado da combinação de pelo menos um composto iônico (pelo menos uma base

ou pelo menos um sal ou, alternativamente, pelo menos um sal + pelo menos uma base) com água, com pelo menos um ácido, sendo que o ácido participa da reação como o componente em menor proporção, que desse modo, não altera a forte alcalinidade da solução.

Num exemplo de execução a solução eletrolítica objeto da presente invenção pode ser obtida combinando 500g da base NaOH, 4.000g de água, 12g do ácido H2SO4.

Em outro exemplo de execução a solução eletrolítica objeto da presente invenção, para ser utilizada em células eletroquímicas, pode ser obtida combinando 100g de NaOH, 4g Na2CO3, 2.000g de água, e 2,4g do ácido H2SO4. Um outro exemplo não limitativo pode ser obtido combinando 100g de NaHO, 2000g H2O, 20g NaOCL componente ativo teor de cloro ativo 2% a 2,5% p/p e 2,4g do ácido H2SO4.

Os exemplos acima não são limitativos e deve ser entendido apenas como uma concretização particular da invenção; outros produtos e subprodutos poderão ser obtidos, através de outras possíveis fórmulas, que resulta das combinações químicas entre pelo menos um composto iônico (pelo menos uma base ou pelo menos um sal básico ou, alternativamente, pelo menos um sal associado com pelo menos uma base), água, pelo menos um metal e pelo menos um ácido.

Cada um dos elementos descritos acima, ou mais de um, em conjunto, podem encontrar uma nova aplicação útil em outros produtos e/ou processos, ou obter efeitos úteis diferentes dos descritos acima.

Outros resultados e aplicações não aqui descritas podem ser alcançados pelo processo objeto da presente invenção.