[發明專利]無核空腔結構新型鐵基載氧體及其制備方法

有效

• 申請號: 201210035491.4
• 申請日: 2012-02-16
• 公開（公告）號: CN102585969A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 董長青;覃吳;石司默;楊勇平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;華能集團技術創新中心
• 主分類號: C10L10/00
• 分類號: C10L10/00;B01J23/745
• 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，具體涉及一種無核空腔結構新型鐵基載氧體及其制備方法。

背景技術

化學鏈燃燒(CLC)技術作為一種高效、經濟、環保的新型無焰燃燒技術，不同于傳統燃燒技術，它可以借助于載氧體的作用，將空氣反應器中的氧傳遞到燃料反應器，從而避免了燃料與空氣的直接接觸，與此同時減少了高溫以及燃燒NO_x的生成。燃燒反應過程中在燃料反應器的產物為CO₂和水蒸氣，只需將水蒸氣冷凝便可以分離得到高純CO₂。因此，化學鏈燃燒技術以其具有富集CO₂的特點而備受世界學者的關注。

選擇并制備出具有良好的物理和化學性能的載氧體是化學鏈燃燒技術的關鍵。發展具有良好的反應性、機械強度、載氧能力、持續循環能力、抗燒結和團聚能力、抗積炭能力、耐高溫能力的低成本和環境友好載氧體是化學鏈燃燒技術的核心要求。目前主要研究的載氧體有Fe、Cu、Ni、Co、Mn、Cd等過渡金屬的氧化物，其中多數金屬氧化物都具有良好的反應性能、較高的載氧能力、持續循環能力及耐高溫等優點，但存在著顆粒磨損、燒結等，耗費價格高、及環境有害等問題。為增加載氧體的比表面積、機械強度和熱穩定性還可加入SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、MgO、釔穩定氧化鋯(YSZ)、海泡石、高嶺土、膨潤土和鋁、鎂酸鹽等惰性載體。在上述幾種載氧體中，鐵基載氧體雖然在反應活性和載氧能力方面比銅基以及鎳基載氧體略有不足，但其價格低來源廣，高溫下性質穩定和析碳較少等優點使得其具有更加廣闊的前景。

發明內容

本發明的目的在于克服現有載氧體的不足，利用TiO₂Fe₂O₃SiO₂無核空腔，提供一種抗燒結能力強、流動性能好、比表面積大、熱穩定性好、結構穩定不變形和使用壽命長的化學鏈鐵基載氧體及其制備方法。

所述空腔結構為球形，空腔結構在制作過程中由于柯肯達爾(Kirkendall)效應和弗倫克爾(Frenkel)效應共同作用而形成。

本發明所采用的技術方案是：

該載氧體的活性成分Fe₂O₃負載于空腔結構TiO₂表面，并在Fe₂O₃的外表面負載微孔結構的SiO₂外層薄膜。其中，在所述嵌入型無核空腔結構鐵基載氧體中，空腔結構TiO₂和活性成分Fe₂O₃的質量比為(1∶1)～(19∶1)，SiO₂外層薄膜與活性成分Fe₂O₃中Si與Fe的原子數量比為0.5～1。

一種所述的新型無核空腔結構鐵基載氧體的制備方法，具備以下步驟：

步驟(1)：將鈉離子型陽離子交換樹脂用蒸餾水充分洗滌，除去雜質后自然干燥備用；

步驟(2)：室溫下取鈦酸正丁酯連續滴加到劇烈攪拌的無水乙醇中，然后將已用硝酸將pH調至1的乙醇水溶液緩慢滴加到上述溶液中，繼續攪拌，即得到二氧化鈦溶膠，其中鈦酸正丁酯、水、乙醇的體積比為1∶3∶10；

步驟(3)：將步驟(1)處理后的陽離子交換樹脂平鋪在布氏漏斗上，在其上用滴管滴加步驟(2)制備的二氧化鈦溶膠，同時抽濾；然后將樣品放入真空干燥器中干燥；最后，在馬弗爐中以470-500℃灼燒5-7h，再以530-580℃灼燒2h，即制備出TiO₂空心微球載體；

步驟(4)：量取適量鐵鹽溶于足量的蒸餾水中，將制備的TiO₂空心微球載體放入上述溶液中，用濃氨水滴定溶液PH至9.0，超聲波處理1-5h，攪拌后過濾并收集濾渣；

步驟(5)：對步驟(4)中獲得的濾渣進行干燥、焙燒，即得到基于空腔結構TiO₂的鐵基載氧體，且使得到的嵌入負載型鐵基載氧體中，空腔結構TiO₂和活性成分Fe₂O₃的質量比為(1∶1)～(19∶1)；