[發(fā)明專利]一種錳修飾鐵基載氧體顆粒及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210475394.0
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114853076A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段倫博;孫鎮(zhèn)坤;劉雪;李林;朱純
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 王繹涵

本發(fā)明涉及一種錳修飾鐵基載氧體顆粒及其制備方法，包括以下步驟：步驟1：將含鐵元素的物質(zhì)顆粒和含錳元素的物質(zhì)粉末，混合均勻后，將混合物進(jìn)行高溫煅燒；步驟2：將高溫煅燒后的混合物冷卻至常溫后，去除含錳元素的物質(zhì)粉末，即得錳修飾鐵基載氧體顆粒；本發(fā)明制備工藝簡單、易操作，且成本低，其制備出的錳修飾鐵基載氧體顆粒機械強度高、燃料燃燒效率和轉(zhuǎn)化率高，為化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的持續(xù)高效的發(fā)展提供了保障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)鏈氧解耦技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種錳修飾鐵基載氧體顆粒及其制備方法。

背景技術(shù)

化學(xué)鏈燃燒是一種基于CO2零排放理念的新型燃燒技術(shù)。從燃燒方式的角度分析，化學(xué)鏈燃燒不同于傳統(tǒng)燃燒方式，表現(xiàn)為燃料與空氣中的氧氣不直接接觸，而是通過固態(tài)的載氧體在兩個反應(yīng)器之間實現(xiàn)氧傳遞來氧化燃料進(jìn)行燃料轉(zhuǎn)化和燃燒；其中，載氧體是連接兩個反應(yīng)器的關(guān)鍵紐帶。在燃料反應(yīng)器中，載氧體與燃料進(jìn)行固-固、固-液或固-氣間的氧化還原反應(yīng)；在空氣反應(yīng)器中，被還原的載氧體被空氣中的氧氣氧化回到初始狀態(tài)。化學(xué)鏈燃燒技術(shù)，與傳統(tǒng)燃燒方式相比，實現(xiàn)了更高的能源利用率；

然而，為了進(jìn)一步提高固體燃料和載氧體的反應(yīng)速率，在化學(xué)鏈燃燒技術(shù)基礎(chǔ)上提出了化學(xué)鏈氧解耦技術(shù)，其與化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的不同之處在于，在燃料反應(yīng)器中利用載氧體在還原氣氛或低氧分壓下釋放的氣態(tài)氧氣與固體燃料燃燒。

也正因為化學(xué)鏈氧解耦技術(shù)的這一特性，因此，就必然要求應(yīng)用于化學(xué)鏈氧解耦技術(shù)的載氧體材料具備在高溫低氧分壓下具有釋放氣態(tài)氧氣的特性，也即氧解耦特性，目前，可作為氧解耦載氧體的材料有Cu基、Co基及Mn基的金屬氧化物或復(fù)合氧化物等，但是其均存在有這樣或那樣的問題，比如：Cu基材料價格相對較昂貴，且容易高溫?zé)Y(jié)；Co基材料不僅成本較高而且對人類生活環(huán)境有破壞作用；Mn基材料，如錳礦，是廉價高效的載氧體材料，但是存在不耐磨損的問題，經(jīng)過數(shù)次循環(huán)利用后容易成為粉末，難以繼續(xù)重復(fù)利用，受Mn基氧化物的熱力學(xué)限制，Mn₂O₃在高溫下釋放了氣態(tài)氧氣變?yōu)镸n₃O₄之后，在同樣的高溫下不能被空氣迅速氧化恢復(fù)為Mn₂O₃；

因此，開發(fā)一種成本低、機械強度高、制備工藝簡單、燃料燃燒效率和轉(zhuǎn)化率高、且適用于化學(xué)鏈氧解耦技術(shù)的錳修飾鐵基載氧體顆粒及其制備方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供了一種錳修飾鐵基載氧體顆粒及其制備方法，其制備工藝簡單、易操作，且成本低，制備出的載氧體機械強度高、燃料燃燒效率和轉(zhuǎn)化率高，為化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的持續(xù)高效的發(fā)展提供了保障。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

技術(shù)方案一：

一種錳修飾鐵基載氧體顆粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將含鐵元素的物質(zhì)顆粒和含錳元素的物質(zhì)粉末，混合均勻后，將混合物進(jìn)行高溫煅燒；

步驟2：將高溫煅燒后的混合物冷卻至常溫后，去除未參與反應(yīng)的含錳元素的物質(zhì)粉末，即得錳修飾鐵基載氧體；

進(jìn)一步的，所述含錳元素的物質(zhì)粉末中錳的質(zhì)量含量大于等于20％；所述含鐵元素的物質(zhì)顆粒中鐵元素的質(zhì)量含量大于等于40％；

步驟1，混合時，所述含錳元素的物質(zhì)粉末的重量大于等于所述含鐵元素的物質(zhì)顆粒的重量。

進(jìn)一步的，所述錳修飾鐵礦石化學(xué)鏈燃燒載氧體為(Fe_1-xMn_x)₂O₃晶相物質(zhì)，其中，0x1。

進(jìn)一步的，