[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈷基復(fù)合載氧體及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410020809.0
• 申請(qǐng)日: 2014-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103789061A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文舉;程明;王杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C10L10/00
• 分類(lèi)號(hào): C10L10/00;B01J23/75
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 朱顯國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)鏈氧解耦系統(tǒng)中載氧體顆粒的制備技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種復(fù)合氧化物載氧體及其制備方法。

背景技術(shù)

能源有效利用與環(huán)境相容協(xié)調(diào)發(fā)展是21世紀(jì)全世界都極為關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，減排CO₂的努力已經(jīng)成為各國(guó)能源決策的一個(gè)關(guān)鍵因素，迄今為止，當(dāng)前能源動(dòng)力系統(tǒng)回收CO₂的難題主要表現(xiàn)在：化石燃料排放的CO₂數(shù)量巨大，而且直接燃燒的產(chǎn)物中CO₂常常被氮?dú)庀♂專(zhuān)蛛x與捕集成本較高，系統(tǒng)能效顯著降低，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生NO_x、SO₂等其他污染物。用傳統(tǒng)分離過(guò)程回收需要消耗大量的能源，導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)效率大幅度降低（減小5%～15%）?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)作為新一代潔凈、高效燃燒技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)CO₂內(nèi)分離和避免NO_x污染物產(chǎn)生，且可實(shí)現(xiàn)化學(xué)能的梯級(jí)利用，已成為世界能源、環(huán)境問(wèn)題研究的重要方向。

化學(xué)鏈燃燒的基本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應(yīng)的燃燒借助于載氧體的作用分解為兩個(gè)氣固反應(yīng)，燃料與空氣無(wú)需接觸，由載氧體將空氣中的氧傳遞到燃料中。化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)由氧化反應(yīng)器、還原反應(yīng)器和載氧體組成。固體載氧體在2個(gè)反應(yīng)器之間循環(huán)，實(shí)現(xiàn)氧的轉(zhuǎn)移。載氧體在兩個(gè)反應(yīng)器之間循環(huán)使用，一方面通過(guò)在氧化反應(yīng)器的氧化反應(yīng)為還原反應(yīng)器的還原反應(yīng)提供氧，另一方面將氧化反應(yīng)器的氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量傳遞給還原反應(yīng)器?；瘜W(xué)鏈循環(huán)過(guò)程，伴隨的就是載氧體的氧化和還原。因此，載氧體的物理和化學(xué)性質(zhì)是實(shí)現(xiàn)不同燃料化學(xué)鏈燃燒的關(guān)鍵所在。

目前，載氧體的主要研究集中在Ni、Fe、Cu、Co、Mn等過(guò)渡金屬的氧化物，以及硫酸鹽載氧體和鈣鈦礦型載氧體等。金屬氧化物載氧體由于具有較高的反應(yīng)性和耐高溫的優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛的關(guān)注，但還存在著釋氧速率不夠快等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種鈷基復(fù)合載氧體顆粒及其制備方法。鈷基載氧體經(jīng)連續(xù)釋氧吸氧后仍能保持較好的活性，和鐵基載氧體相比具有較好的反應(yīng)性，但鈷基載氧體解耦氧時(shí)吸熱量大，很難應(yīng)用于氧解耦化學(xué)鏈燃燒技術(shù)。在鈷基載氧體顆粒中添加CuO，通過(guò)溶膠凝膠法得到粒徑均勻，反應(yīng)速率較快的鈷基復(fù)合載氧體。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種鈷基復(fù)合載氧體，所述載氧體由Co₃O₄和CuO組成，其中Co₃O₄的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為95%，CuO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%。

一種鈷基復(fù)合載氧體的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將Cu(NO₃)₂溶液滴加到Co(NO₃)₂溶液中，攪拌至混合均勻；

步驟2：再加入檸檬酸溶液，70-80℃下邊蒸發(fā)邊攪拌至形成濕凝膠；

步驟3：濕凝膠在干燥溫度為105℃下干燥24小時(shí)變?yōu)楦赡z；

步驟4：將干凝膠置于500℃下煅燒5小時(shí)至有機(jī)物充分燃燒和硝酸鹽完全分解；

步驟5：再升溫至800℃，活化載氧體，時(shí)間為5小時(shí)；

步驟6：將收集到的顆粒研磨、篩分即可得到復(fù)合金屬氧化物載氧體。

步驟1中所述的Co(NO₃)₂和Cu(NO₃)₂的質(zhì)量比為19.5:1。

步驟2中所述的檸檬酸與Co原子的摩爾比為2:1。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明采用溶膠凝膠法，控制適宜的反應(yīng)條件，制備出粒徑均勻，分散度好的鈷基復(fù)合載氧體。

2.本發(fā)明鈷基復(fù)合載氧體的制備方法簡(jiǎn)單，制備出的復(fù)合載氧體具有較快的反應(yīng)速率，釋氧速率得到明顯提升。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明復(fù)合載氧體在900℃固定床實(shí)驗(yàn)釋氧轉(zhuǎn)化率曲線(xiàn)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明：

本實(shí)施例中的原料為分析純Co(NO₃)₂·6H₂O產(chǎn)品；絡(luò)合劑為分析純檸檬酸；摻雜的金屬硝酸鹽為分析純Cu(NO₃)₂·3H₂O。

實(shí)施例：取29.1gCo(NO₃)2·6H₂O放入500ml的燒杯中，加入100ml的蒸餾水，然后把燒杯置于帶有恒溫水浴的磁力攪拌器上，攪拌速度為400rpm。取1.21gCu(NO₃)₂·3H₂O放入100ml的燒杯中，加入50ml的蒸餾水，攪拌至完全溶解。然后把硝酸銅溶液滴加到硝酸鈷溶液中，邊滴加邊攪拌。取42.03g檸檬酸，放入有100ml蒸餾水的燒杯中攪拌至全部溶解，待上述溶液攪拌均勻后，緩慢的加入檸檬酸溶液，邊滴加邊攪拌。攪拌6個(gè)小時(shí)后，溶液已經(jīng)脫水變?yōu)檎吵頎畹臐衲z。將濕凝膠置于105℃的鼓風(fēng)干燥箱中，干燥24小時(shí)后，燒杯內(nèi)濕凝膠變?yōu)楦赡z。將干凝膠取出，置于500℃的馬弗爐中煅燒5小時(shí)至檸檬酸和硝酸鹽完全分解，再將馬弗爐升溫至800℃，恒溫焙燒5小時(shí)，用于活化載氧體，得到復(fù)合金屬氧化物載氧體，其中Co₃O₄的含量為95wt.%，CuO的含量為5wt.%。如圖1所示，本實(shí)施例制備的的鈷基復(fù)合載氧體釋氧速率明顯提升。