[發明專利]載鎳介孔二氧化硅空心球鐵基載氧體的應用方法

有效

• 申請號: 201110399852.9
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN102533388A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 董長青;陸強;楊勇平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: C10L9/12
• 分類號: C10L9/12;B01J23/755
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于化學鏈燃燒技術領域，具體涉及一種載鎳介孔二氧化硅空心球鐵基載氧體的應用方法。

技術背景

化學鏈燃燒是一種高效、清潔、經濟的新型無焰燃燒技術，它是通過載氧體將空氣中的氧以晶格氧的方式傳遞給燃料，從而實現燃料在無空氣氛圍下的燃燒反應。它具有富集CO₂和低NO_x污染物排放的特點，因此備受人們關注。該技術的關鍵是選擇或開發具有良好物理和化學性能的載氧體。目前主要研究的載氧體有Fe、Ni、Co、Cu、Mn等金屬的氧化物，其中Fe₂O₃由于具有價格低廉、物理性質良好和無污染等優勢，獲得了國內外科研單位的廣泛關注。在金屬氧化物載氧體的使用過程中，為了提高其各種性能，常將這些金屬氧化物負載于合適的惰性載體上，制成復合型載氧體。惰性載體并不參與反應，但是可以大幅提高載氧體的物理和化學性能，常用的惰性載體有SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、膨潤土、海泡石等。然而，常規的復合型載氧體，是將金屬氧化物負載于惰性載體的表面，存在著金屬氧化物負載量較低、機械強度低以及依然容易燒結和團聚等問題。

化學鏈燃燒技術所適用的燃料，可以是H₂、CO、CH₄等可燃氣體，也可以是煤、生物質等固體燃料。在固體燃料的直接化學鏈燃燒過程中，固體燃料首先進行氣化生成氣體物質，氣體物質進一步與載氧體發生反應而完成燃燒過程。由于固體燃料的氣化速度較慢，因而常常是制約化學鏈燃燒速度的關鍵因素。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種載鎳介孔二氧化硅空心球鐵基載氧體的應用方法。

本發明所采用的技術方案是：

該載鎳介孔二氧化硅空心球鐵基載氧體采用以下步驟制備：

(1)介孔二氧化硅空心球載體的制備：

(101)量取四丙基氫氧化銨和氫氧化鈉溶解于足量的去離子水中，使四丙基氫氧化銨和氫氧化鈉的質量比為(2∶1)～(4∶1)；

(102)量取硫酸鋁溶解于足量的去離子水中，再加入正硅酸乙酯，使硫酸鋁和正硅酸乙酯的質量比為(1∶30)～(1∶100)，并快速攪拌一定時間；

(103)按照四丙基氫氧化銨與正硅酸乙酯的質量比為(1∶3)～(1∶5)的比例量取上述兩種溶液，混合攪拌4h后于5℃下靜置24h；

(104)量取十六烷三甲基溴化銨溶解于足量的去離子水中，按照四丙基氫氧化銨與十六烷三甲基溴化銨的質量比為(1∶0.8)～(1∶1.3)的比例，將十六烷三甲基溴化銨溶液加入至步驟(103)所得的混合溶液中，在室溫下劇烈攪拌6～10h，之后將得到的溶液轉移至內襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，于120～160℃的恒溫烘箱中水熱；

(105)冷卻后，將步驟(104)所得混合液過濾并用去離子水多次洗滌，將白色固體進行干燥、焙燒即得到介孔二氧化硅空心球；

(2)Fe₂O₃內核的填充：

量取鐵鹽配置成濃度為0.1～1.0mol/L的乙醇溶液，量取一定量的介孔二氧化硅空心球加入上述溶液中，鐵鹽和介孔二氧化硅空心球的質量比大于10；將該懸濁液在超聲條件下抽真空，之后關閉真空泵并將容器內壓力調節至常壓，繼續超聲處理；對混合物離心分離后將固體物在室溫下吹掃干燥，并將干燥粉末用無水乙醇快速洗滌兩次，之后再次于室溫下吹掃干燥，最后將干燥粉末進行焙燒即得到填充有Fe₂O₃內核的介孔二氧化硅空心球；

(3)NiO的負載：

按照等體積浸漬法，將填充有Fe₂O₃內核的介孔二氧化硅空心球加入鎳鹽的水溶液中，超聲處理并靜置；而后對上述物料進行干燥、焙燒，即得到載鎳介孔二氧化硅空心球的鐵基載氧體，并使得NiO所占的質量百分比為0.1～2％；

在得到的復合型載氧體中，NiO和Fe₂O₃所占的質量百分含量分別為0.1～2％和58～90％，其余為介孔二氧化硅空心球；

按上述方法制得的載鎳介孔二氧化硅空心球鐵基載氧體應用于固體燃料直接化學鏈燃燒中，替換原有載氧體。