[發明專利]核殼結構蓄熱氧載體及其制備方法

有效

• 申請號: 201210443142.6
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102925245A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 李孔齋;劉自松;王華;魏永剛;祝星;杜云鵬;楊麗;田俊杰
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C10L10/00
• 分類號: C10L10/00;B01J13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種核殼結構蓄熱型氧載體及其制備方法，屬于能源高效清潔利用領域。

背景技術

化學鏈燃燒技術是一種新型的、具有鮮明節能減排特色的燃燒技術，它具有CO₂內分離性質，無需外加CO₂分離裝置即可捕獲得到高純度的CO₂氣體。化學鏈燃燒利用化學鏈燃燒系統中的高品位能源，實現了能量的梯級利用，提高了能源效率。這種方式無需在燃燒和分離兩個過程中大量耗能，分離和回收CO₂都不需要額外的能耗，不會降低系統效率，在回收CO₂和控制NOx的方面占有絕對優勢。

化學鏈燃燒技術及其相關的拓展應用是一種新穎的能源轉化利用系統，具有良好的發展前景，隨著人類對清潔能源的需求和日益嚴格的環境要求，有望發展成為一種主流的清潔高效的燃燒工藝。

氧載體在空氣反應器和燃料反應器之間循環傳遞氧的同時也起著傳遞熱量的作用。氧載體將空氣反應器中吸收的熱量帶到燃料反應器中，這些熱量有助于維持燃料反應器連續運行。但是不管在燃料反應器還是空氣反應器中氧載體床層在橫向和軸向都有溫度分布不均勻的現象，特別是在空氣反應器中由于放熱劇烈還有熱點產生。溫度不穩定產生的熱震作用和熱點的出現都會加速氧載體的破碎和燒結，不利于系統的穩定運行。

發明內容

本發明在氧載體和高溫相變蓄熱材料研究基礎上，將兩者功能復合到一起制備一種核殼結構的蓄熱型氧載體及其制備方法。

本發明通過下列技術方案實現：一種核殼結構蓄熱型氧載體，該氧載體為雙殼層結構，即核為高溫相變蓄熱材料，內殼層為TiO₂，外殼層為氧載體材料。

高溫相變蓄熱材料為堿土金屬的碳酸鹽或氯化物、或者為鋁、銅、硅、鎂中的一種金屬或幾種組成的合金。

外殼層為傳統氧載體，即鐵、鈷、鎳、銅、鉻、錳的氧化物。其中TiO₂層有利于固定高溫下的液態蓄熱材料，防止蓄熱材料與氧載體材料間發生熔融反應，而且提高了氧載體的強度。

本發明的另一目的在于提供一種核殼結構蓄熱型氧載體的制備方法，經過下列各步驟：

（1）研磨高溫相變蓄熱材料至納米級微球；

所述步驟（1）中納米級微球是1～500nm的微球。

所述步驟（1）中高溫相變蓄熱材料是堿土金屬的碳酸鹽或氯化物、或者為鋁、銅、硅、鎂中的一種金屬或幾種組成的合金。

所述金屬是。

（2）將步驟（1）的納米微球按1～10g/mL分散于CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）和乙醇的混合液中形成懸濁液，將此懸濁液在超聲波條件下攪拌，使納米微球均勻分散在溶液中；

所述步驟（2）中的CTAB和乙醇的混合液是將CTAB溶于無水乙醇中，使混合溶液中CTAB的濃度為0.08～0.25mol/L。

（3）將步驟（2）所得懸濁液在攪拌條件下，與氨水一同并流緩慢滴加入到TBOT（鈦酸丁酯）中，至懸濁液pH值=9～11；

（4）將硝酸鹽與硝酸鋁按3︰2的質量比溶于去離子水中，使鹽的濃度為0.5～2mol/L；

所述步驟（4）中的硝酸鹽是指鐵、鈷、鎳、銅、鉻、錳的硝酸鹽。

（5）在70℃下將步驟（4）配制的溶液逐滴加入到步驟（3）所得懸濁液中，滴加過程中持續攪拌，生成沉淀物；

所述步驟（5）的溶液滴加量與懸濁液的體積比為1︰1。

（6）將步驟（5）所得沉淀物進行離心處理，并依次以無水乙醇和去離子水洗滌沉淀物，將沉淀物在環境溫度下干燥12～24h，然后以110～120℃中干燥6～12h；

（7）將步驟（6）干燥后的物料經550～950℃焙燒2～6h，即得核殼結構蓄熱型氧載體。

本發明提出將載氧和蓄熱兩個功能結合在一起，構筑核殼結構的功能化氧載體。即，外殼為載氧材料，內核為蓄熱材料，兩者中間以TiO₂層隔開。氧載體在空氣和燃料反應器之間循環的同時完成載氧和蓄熱。蓄熱型氧載體在化學鏈燃燒過程中同時實現氧和熱量的傳遞，可以解決化學鏈燃燒過程中固定床反應器存在氧載體床層溫度不均且易出現熱點和兩反應器之間換熱困難等問題，實現反應器之間的原位熱交換。該氧載體在化學鏈燃燒應用方面具有顯著的效果，并且該氧載體同時具備很好的蓄熱性和載氧能力。