[發明專利]含微量貴金屬的鈣鈦礦類活性材料光熱分解H2O和/或CO2的方法

在審

• 申請號: 201310393125.0
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN104418298A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 李燦;蔣青青;蔣宗軒;李真;童金輝;陳真盤
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B3/16;C01B31/18;B01J29/035;B01J23/89
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及太陽能-熱能用于兩步熱化學循環法分解H₂O和/或CO₂反應生成H₂和/或CO，更具體的涉及以含有貴金屬催化劑的鈣鈦礦類化合物作為活性材料，用于分解H₂O和/或CO₂，生成H₂和/或CO的反應，貴金屬的加入，能夠明顯的提高反應速率。?

背景技術

由于化石能源的不可持續性，以及其利用所產生的溫室效應、環境污染等問題，使得潔凈的、環境友好的可再生能源體系的研究迫在眉睫。我國當前是CO₂排放第二大國，CO₂排放量呈較快增長的態勢，受到越來越多的國際社會壓力。太陽能具有取之不竭、潔凈無污染、可再生等優點，利用太陽能將H₂O及溫室氣體CO₂轉化為便于儲存的化學燃料，日益受到國際社會的廣泛關注。?

利用金屬氧化物作為活性材料的兩步熱化學循環分解H₂O/CO₂技術就是集太陽能儲備與化學燃料制備于一體，是當前新能源研究和開發領域的熱點之一。該反應的主要步驟為：（1）活性材料首先在高溫（高于1200℃）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，放出H₂/CO。具體表達式如下：?

¹/_δMO₂→¹/_δMO_2-δ+¹/₂O₂(g)??（1）?

H₂O(g)/CO₂(g)+¹/_δMO_2-δ→¹/_δMO₂+¹/₂H₂(g)/CO(g)??（2）?

熱力學計算結果表明只有少數的金屬氧化物能夠完成這個循環。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熱化學循環分解水制氫體系，在此基礎上Steinfeld等(Solar?Energy,1999，65(1):43—53)給出了太陽能熱化學反應器的設計原則，并且(Energy&Fuels2008,22,3544–3550)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等問題，復合的鐵氧化物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。James?E.Miller等(Journal?of?Material?Science,2008,43:4714–4728)開發的Co_0.67Fe_2.33O₄/YSZ樣品30個循環后仍能能保持8ml/g的產氫活性。美國專利（申請號20080089834）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的具體條件。鐵酸鹽存在的最主要的問題是反應速率過慢，單位質量的活性材料產氫量太低。?