[發(fā)明專利]CeO2基活性材料在兩步熱化學(xué)循環(huán)分解H2O和/或CO2中的應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110435857.2
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN103172021A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李燦;蔣青青;蔣宗軒;周桂林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B31/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及兩步熱化學(xué)循環(huán)法分解H₂O/CO₂，制備H₂/CO，更具體的涉及以氧化鈰基納米固溶體作為活性材料分解H₂O/CO₂，制備H₂/CO，此類材料表現(xiàn)出高的反應(yīng)活性。

背景技術(shù)

由于化石能源的不可持續(xù)性，以及其利用所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等問題，使得潔凈的、環(huán)境友好的可再生能源體系的研究迫在眉睫。太陽能具有取之不竭、潔凈無污染、可再生等優(yōu)點，利用太陽能將H₂O及溫室氣體CO₂轉(zhuǎn)化為便于儲存的化學(xué)燃料，日益受到國際社會的廣泛關(guān)注。

金屬氧化物兩步熱化學(xué)循環(huán)分解H₂O/CO₂技術(shù)就是集太陽能儲備與化學(xué)燃料制備于一體，是當(dāng)前新能源研究和開發(fā)領(lǐng)域的熱點之一。該反應(yīng)的主要步驟為：(1)活性材料首先在高溫(高于于1400℃)下的惰性氣氛中還原，放出氧氣。(2)含有大量氧空位的活性材料在較低溫度下(低于1200℃)與H₂O/CO₂反應(yīng)，放出H₂/CO。具體表達式如下：

熱力學(xué)計算結(jié)果表明只有少數(shù)的金屬氧化物能夠完成這個循環(huán)。目前研究比較多的體系有鐵氧化物、ZnO、CeO₂、V₂O₅、SnO₂等。

Nakamura等人(Solar?Energy，1977，19：467-475)最早提出了Fe₃O₄/FeO熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫體系，在此基礎(chǔ)上Steinfeld等(Solar?Energy，1999，65(1)：43-53)給出了太陽能熱化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計原則，并且(Energy&Fuels?2008，22，3544?3550)計算了Fe₃O₄/FeO以及ZnO/Zn分解CO₂的可能性。針對鐵酸鹽分解溫度過高，分解過程中的相變易引起燒結(jié)等問題，復(fù)合的鐵氧化物MFe₂O₄(M＝Mg，Cu，Mn，Ni，Co，Zn)以及負載的鐵氧化物(常見載體載體為ZrO₂、YZS)相繼被開發(fā)。James?E.Miller等(Journal?ofMaterial?Science，2008，43：4714?4728)開發(fā)的Co_0.67Fe_2.33O₄/YSZ樣品30個循環(huán)后仍能能保持8ml/g的產(chǎn)氫活性。美國專利(申請?zhí)?0080089834)詳細介紹了YZS負載的鐵氧化物的制備方法及其分解水反應(yīng)的具體條件。鐵酸鹽存在的最主要的問題是反應(yīng)速率過慢，單位質(zhì)量的活性材料產(chǎn)氫量太低，關(guān)于CO₂分解的實驗還沒有展開。

Steinfeld等(Solar?Energy，1999，65(1)：59-69)首次利用太陽能完成了ZnO/Zn的循環(huán)過程。該過程存在的主要問題為高溫下Zn蒸汽與氧氣不能及時分離，Zn再次被氧化，并且在水分解的過程中，Zn與水反應(yīng)生成的ZnO層會包裹在Zn表面而阻止了Zn與水的接觸，從而抑制了制氫反應(yīng)。V₂O₅，SnO₂以及GeO₂等易揮發(fā)氧化物都存在同樣的問題。美國專利(申請?zhí)?0110059009)詳細介紹了V₂O₅的反應(yīng)裝置及反應(yīng)條件。同樣，關(guān)于CO₂分解的實驗還沒有展開。