一種高穩定性載氧體顆粒及其製備方法
2023-05-11 05:59:51 1
一種高穩定性載氧體顆粒及其製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種高穩定性載氧體顆粒及其製備方法，惰性載體為鎂鋁尖晶石；活性組分可為化學鏈燃燒領域的常見活性金屬氧化鐵、氧化銅、氧化錳、氧化鈰、氧化鎳、氧化鈷等等。本發明的製備工藝簡單，通過對載氧體惰性載體的改善，提高了載氧體的循環性能和機械強度，可以實現化學鏈燃燒技術中原料的高轉化率。
【專利說明】一種高穩定性載氧體顆粒及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於化學鏈燃燒系統中載氧體顆粒的製備【技術領域】，特別涉及一種適用於化學鏈燃燒技術，由金屬氧化物作為載氧體的載氧體顆粒的製備方法。
【背景技術】
[0002]化學鏈燃燒技術是一種新型的無焰燃燒技術，這種技術的優點是燃料在其燃燒的過程中，氧原子由載氧體實現從氧氣向燃料的傳遞，在使用含碳燃料時產物只有CO2和H2O,通過簡單的冷凝就可以較低的能源消耗實現CO2的減排，與此同時也徹底根除了各類NOJA生成。此外，由於載氧體在反應器之間循環，實現了熱量的傳遞，有效提高了化學鏈燃燒系統的效率。化學鏈燃燒技術具有高效、清潔和經濟的特點，而載氧體的製備和選取是實現化學鏈燃燒技術的關鍵。載氧體在化學鏈燃燒技術中起到傳遞氧和熱量的作用，因此載氧體的性能直接影響整個化學鏈燃燒系統的運行，要求載氧體具備高反應活性、高循環活性的特點。目前常用的載氧體多為金屬氧化物，主要有N1、Fe、Co、Cu、Mn、Ce，惰性載體主要有A1203、ZrO2, MgAl204。不同的活性組分和惰性組分以及製備方法、燒結溫度都會對載氧體的性能產生影響。現有技術中，載氧體的主要製備方法包括機械混合法、冷凍顆粒法、浸潰法等等。比較這些製備方法會發現，機械混合法製備的載氧體的機械性能和氧化率隨著循環次數的增加出現快速的退化並產生結塊現象；溶解法製備的載氧體的化學動力學和機械強度方面較好；冷凍顆粒法需要特殊的設備，製備過程比較複雜。浸潰法製備樣品比較簡單，但是活性組分含量低且無法精確控制。因此，對化學鏈燃燒技術而言，尋求設計一種高性能載氧體顆粒的製備方法是其成功實現的關鍵。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於解決現有技術的不足，提供一種獲得耐高溫、均勻穩定、強度高的載氧體。
[0004]進一步，本發明還提供了上述的載氧體的製備方法。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種高穩定性載氧體顆粒，載氧體以鋁鎂尖晶石作為惰性載體負載活性金屬氧化物。
[0006]優選地,所述招鎂尖晶石中的Al2O3 = MgO的重量比為1:1。
[0007]優選地，所述活性金屬氧化物為氧化鐵、氧化銅、氧化錳、氧化鈰或氧化鎳。
[0008]優選地，所述活性氧化物佔載氧體總重量的40%~80%。
[0009]進一步，上述載氧體顆粒製備方法，包括如下步驟:
[0010](1)將異丙醇鋁加入水中，通過水解揮發水解生成的異丙醇；水解溫度優選75 0C~95 °C，水解時間為廣3小時；
[0011](2)將硝酸鎂溶解後，緩慢加入，攪拌均勻；然後加入硝酸溶液，繼續揮發水解的生成的異丙醇；水解時間為12~18小時；
[0012](3)待異丙醇鋁充分水解後，緩慢加入活性金屬鹽溶液；待充分混合，保持一段時間，優選0.5^3小時；
[0013](4)燒結即可得到載氧體，其中，惰性組分為燒結而成的鋁鎂尖晶石。
[0014]本發明以鎂鋁尖晶石為惰性載體的載氧體，在反應過程中，因為鎂鋁尖晶石的特殊結構，更容易保持化學成分和晶體結構穩定，具有更好的循環性能，可以實現化學鏈燃燒技術中原料的高轉化率。同時，本發明提供的製備方法還具有製備工藝簡單，載氧體含量可控、均勻性好、耐高溫、強度高、再生性強等優點，相對比較常見的以氧化鋁為惰性載體的載氧體，具有更多的晶格缺陷，易於降低活化能、提高反應速度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明實施例1中所製備的載氧體的XRD圖譜；圖中可以看到，製備的載氧體成分為氧化鐵和鎂鋁尖晶石。
[0016]圖2是本發明實施例1中所製備的載氧體在TGA上的轉化率隨時間變化圖。
[0017]圖3是本發明實施例2中所製備的載氧體在TGA上的轉化率隨時間變化圖。
[0018]其中，X= (mox-m) / (mox_mred)
[0019]式中:
[0020]m:樣品質量
[0021]mred:還原態樣品質量
[0022]mox:氧化態樣品質量
[0023]圖2中表示以鎂鋁尖晶石MgAl2O4為惰性載體，以Fe2O3為活性組分的載氧體。圖3中表示以MgAl2O4為惰性載體，以CuO為活性組分的載氧體。
【具體實施方式】 [0024]下面通過實施例進一步說明本發明，但不以此為限。
[0025]作為優選，本發明提供一種以MgAl2O4作為惰性載體的載氧體製備方法，製備時，以異丙醇鋁作為反應原料，在一定溫度下進行一段時間後，通過水解和縮聚反應，可以形成穩定、均勻的溶膠體系，硝酸鎂以及活性金屬鹽溶液，可以保持其穩定、均勻的狀態。上述獲得的溶膠經過陳化、乾燥、煅燒，即可得到所需的載氧體顆粒。其中上述製備方法涉及的反應包括:
[0026]水解反應:
[0027]Al (OR) 3+xH20 — Al (OR) 3_x (OH) x+xR0H
[0028]縮聚反應:
[0029]2A1 (OR) 3_x (OH) x — [Al (OR) 3_x (OH) X_J 20+H20
[0030](OR) 3_x (OH) ^AlOH+ROAl (OR) 2_x (OH) x — (OR) 3_x (OH) ^1Al-O-Al (OR) 2_x (OH) x+R0H
[0031]上述反應式中R代表異丙基(-CH(CH3)2X
[0032]加入Mg(NO3)2溶液後，硝酸鎂與異丙醇鋁溶膠溶液充分混合，在乾燥和煅燒過程中形成MgAl2O4。
[0033]實施例1:
[0034]取56.7g異丙醇招,將異丙醇招加入500ml水中，90°C,條件下開始水解。按照最終煅燒生成的Al2O3 = MgO為1:1的比例稱取Mg(NO3)2.6H20，並用適量的水溶解。待異丙醇鋁水解3小時後，敞口揮發水解的生成的異丙醇，然後將Mg(NO3)2溶液緩慢加入，然後加入硝酸溶液，繼續水解18小時。取225.5gFe (NO3) 3*9H20溶於適量的去離子水中。待異丙醇鋁充分水解後，將Fe (NO3) 3溶液緩慢加進去，混合均勻後，在90°C條件下保持3小時。將樣品置於烘箱中乾燥，程序升溫煅燒。最終煅燒溫度為1000°C，即可得到所需要的載氧體。該載氧體以MgAl2O4為惰性載體，以Fe2O3為活性組分，其中Fe2O3佔活性組分的70%。
[0035]實施例2:
[0036]取56.7g異丙醇鋁，將異丙醇鋁加入500ml水中，90°C條件下開始水解。按照最終煅燒生成的Al2O3 = MgO為1:1的比例稱取Mg(NO3)2.6H20,並用適量的水溶解。待異丙醇鋁水解2小時後，敞口揮發水解的生成的異丙醇，然後將Mg(NO3)2溶液緩慢加入，然後加入硝酸溶液，繼續水解12小時。取115.6gu(N03)3*9H20溶於適量的去離子水中。待異丙醇鋁充分水解後，將Cu (NO3) 3溶液緩慢加進去，混合均勻後，在90°C條件下保持2小時。將樣品置於烘箱中乾燥，程序升溫煅燒。最終煅燒溫度為1000°C，即可得到所需要的載氧體。該載氧體以MgAl2O4為惰性載體，以CuO為活性組分，其中CuO佔活性組分的70%。
【權利要求】
1.一種高穩定性載氧體顆粒，其特徵在於，載氧體以鋁鎂尖晶石作為惰性載體負載活性金屬氧化物。
2.如權利要求1所述的載氧體顆粒，其特徵在於，所述鋁鎂尖晶石中的Al2O3= MgO的重量比為1:1。
3.如權利要求2所述的載氧體顆粒，其特徵在於，所述活性金屬氧化物為氧化鐵、氧化銅、氧化錳、氧化鈰或氧化鎳。
4.如權利要求1-3中任一所述的載氧體顆粒，其特徵在於，所述活性氧化物佔載氧體總重量的40%~80%。
5.如權利要求1-4中任一所述的載氧體顆粒製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)將異丙醇鋁加入水中，水解一段時間後，揮發水解生成的異丙醇； (2)將硝酸鎂溶解後， 緩慢加入，攪拌均勻；然後加入硝酸溶液,繼續水解； (3)待異丙醇鋁充分水解後，緩慢加入活性金屬鹽溶液；待充分混合，保持一段時間； (4)燒結即可得到載氧體，其中，惰性組分為燒結而成的鋁鎂尖晶石。
【文檔編號】C10L10/00GK103834455SQ201210487286
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月26日 優先權日:2012年11月26日
【發明者】王偉, 王首都, 胡月, 祝捷 申請人:清華大學