一種用於化學鏈燃燒的分布催化甲烷的載氧體及其製備方法
2023-04-28 21:31:26
一種用於化學鏈燃燒的分布催化甲烷的載氧體及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了屬於化學鏈燃燒【技術領域】的一種用於化學鏈燃燒的分步催化甲烷的載氧體及其製備方法。該載氧體以Al2O3為載體，以Fe2O3為活性組分且質量含量為20%-50%，同時載氧體中摻雜1%-10%的Ni，載氧體粒徑為100-300μm。載氧體的製備採用水熱合成法，水熱合成法製備的載氧體顆粒具有晶粒細小、發育完整、無團聚等優點。摻雜催化活性組分Ni的鐵基載氧體，可以分步催化CH4分解氧化成活性更強的H2和CO，然後再與載氧體發生氧化反應，可以加快反應進程。
【專利說明】一種用於化學鏈燃燒的分布催化甲烷的載氧體及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於化學鏈燃燒【技術領域】，具體涉及到一種用於化學鏈燃燒的分步催化甲烷的載氧體及其製備方法。
【背景技術】
[0002]氣候和氣候變化對社會經濟發展、人類進步產生了極大影響，已成為國際社會關注的熱點和重點問題之一。而CO2的大量排放是造成溫室效應的關鍵因素，CO2造成的溫室效應佔全部溫室效應的64%。化學鏈燃燒是一項非常具有前途的CO2捕捉技術，具有成本低、高效、環境友好等優點，近年來正受到越來越多的關注。目前進行的研究主要集中在氣體燃料，如CH4、H2、C0、合成氣等。
[0003]載氧體是化學鏈燃燒成功的關鍵，一方面傳遞燃料燃燒所需的氧，另一方面向燃料反應器傳遞能量。目前常用的載氧體有NiO、CuO、Fe2O3等，Fe2O3由於資源分布廣泛、成本低、環境友好而受到越來越多的關注。載氧體一般負載在惰性氧化物上，常用的載體有Al2O3 SiO2,TiO2等。在化學鏈燃燒中常用的氣體燃料有CH4、H2、C0，與載氧體反應時活性大小為 H2 > CO > CH4。
[0004]Fe2O3作為載氧體與CH4反應的過程中，會存在反應速率慢，有積碳等現象。為了解決這個問題，我們在載氧體的製備過程中加入具有很強催化活性的過渡金屬Ni，首先催化CH4分解氧化成活性更高的CO和H2，然後再與載氧體發生反應，一方面可以加快反應活性，另一方面可以抑制積碳發生。同時用水熱合成法製備的載氧體顆粒具有顆粒細小、晶粒發育完整、無團聚等優點。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種用於甲烷化學鏈燃燒的摻雜Ni的鐵基載氧體及其製備方法。該載氧體可以促進甲烷分解氧化成CO和H2,並抑制積碳的生成，並且利用該方法製備的載氧體顆粒細小、晶粒發育完整、無團聚，比表面積大。
[0006]一種用於化學鏈燃燒的分步催化甲烷的載氧體，所述載氧體以Al2O3為載體，以Fe2O3為活性組分並且所佔質量百分比為20%-50%，同時載氧體中摻雜質量百分比為1%-10%的Ni，載氧體粒徑為100-300 μ m。
[0007]上述載氧體的製備方法，包括如下步驟:
[0008]I)將Fe(NO3)3.9Η20和Ni (NO3)2.6Η20溶解於去離子水中，兩者的質量比為6-60，然後攪拌均勻，加入Al2O3, Fe (NO3) 3.9Η20與Al`2O3質量之比為8-20 ；
[0009]2)在上述溶液中滴加過量氫氧化鈉或氨水溶液調節ΡΗ，使之完全沉澱，將沉澱用去離子水清洗至中性；
[0010]3)把沉澱物放入反應釜中，添加十二烷基三甲基溴化銨表面活性劑進行修飾，再加入去離子水，200°C下保溫4h，自然冷卻後清洗、烘乾，即得到N1-Fe2O3Al2O3載氧體。[0011]步驟2)中所述pH值為9-11。
[0012]步驟3)中所述十二烷基三甲基溴化銨表面活性劑的添加量為每IOOml去離子水添加l_2ml十二烷基三甲基溴化銨表面活性劑。
[0013]與現有技術相比，本發明具有以下優點:1、本發明方法製備的載氧體顆粒細小、晶粒發育完整、無團聚，比表面積大等優點。2、本發明製備的鐵基載氧體可以分步催化CH4的分解氧化，生成活性更強的CO和H2，加快反應的進行。3、本發明製備的鐵基載氧體可以抑制積碳的發生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為通過本方案製備的N1-Fe2O3Al2O3載氧體的電鏡圖。
【具體實施方式】
[0015]本發明提供了一種用於化學鏈燃燒的分步催化甲烷的載氧體及其製備方法，下面通過具體實施例對本發明做進一步闡述。
[0016]實施例1
[0017]取0.4gNi (NO3) 2.6H20、10.1gFe (NO3) 3.9H20 和 7.9gAl203 溶解於 200ml 去離子水裡，劇烈攪拌2h，混合均勻。
[0018]在溶液裡滴加過量的氨水溶液直至溶液PH為10，使沉澱完全。然後將沉澱過濾，並用去離子水清洗至中性。
[0019]把沉澱物放入反應釜中，添加十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)表面活性劑進行修飾，再加入一定量的去離子水，200°C保溫4h，自然冷卻後清洗、烘乾，即得到N1-Fe2O3Al2O3載氧體，此時載氧體中Ni含量為lwt%，Fe2O3含量為20wt%，Al2O3含量為79%，其電鏡圖如圖1所示。
[0020]將上述製備的載氧體顆粒篩分，取粒徑為100-150目的載氧體0.2g，在小型石英流化床進行性能測試。氣體燃料的體積組成為:30%CH4，70%C02。反應在850度下進行，先通入N2吹掃5min，然後通入CH4和CO2的混合氣，保持lOmin，用氣體分析儀檢測排出的氣體成分，用XRD檢測反應產物的物質組成。數據處理後得出CH4的轉化率達到95%，XRD檢測未發現碳存在。
[0021]實施例2
[0022]按實施例1的步驟，改變Ni (NO3)2.6H20、Fe (NO3)3.9H20和Al2O3的質量比，製取Ni含量為3wt%，Fe2O3含量為20wt%，Al2O3含量為77wt%的鐵基載氧體。並在小型石英流化床進行相同的性能測試，結果發現CH4的轉化率為96%，反應產物無積碳。
[0023]實施例3
[0024]按實施例1的步驟，改變Ni (NO3)2.6H20、Fe (NO3)3.9H20和Al2O3的質量比，製取Ni含量為5wt%，Fe2O3含量為20wt%，Al2O3含量為75wt%的鐵基載氧體。並在小型石英流化床進行相同的性能測試，結果發現CH4的轉化率為97%，反應產物無積碳。
[0025]實施例4
[0026]按實施例1的步驟，改變Ni (NO3)2.6H20、Fe (NO3) 3.9H20和Al2O3的質量比，製取Ni含量為10wt%，Fe2O3含量為20wt%，Al2O3含量為70wt%的鐵基載氧體。並在小型石英流化床進行相同的性能測試，結果發現CH4的轉化率為97%，反應產物無積碳。
[0027]實施例5
[0028]按實施例1的步驟，改變Ni (NO3)2.6H20、Fe (NO3)3.9H20和Al2O3的質量比，製取Ni含量為10wt%，Fe2O3含量為20wt%，Al2O3含量為70wt%的鐵基載氧體。並在小型石英流化床進行相同的性能測試，結果發現CH4的轉化率仍然為97%，反應產物無積碳。
[0029]對比例[0030]按實施例1的步驟，改變Fe (NO3) 3.9H20和Al2O3的質量比，滴加NaOH得到沉澱產物，製取Fe2O3含量為20wt%，Al2O3含量為80wt%的鐵基載氧體。並在小型石英流化床進行相同的性能測試，結果發現CH4的轉化率為85%，XRD檢測發現有積碳存在。
【權利要求】
1.一種用於化學鏈燃燒的分步催化甲烷的載氧體，其特徵在於，所述載氧體以Al2O3為載體，以Fe2O3為活性組分並且所佔質量百分比為20%-50%，同時載氧體中摻雜質量百分比為1%-10%的Ni，載氧體粒徑為100-300 μ m。
2.權利要求1所述的載氧體的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: 1)將Fe(NO3) 3.9H20和Ni (NO3) 2.6H20溶解於去離子水中，兩者的質量比為6_60，然後攪拌均勻，加入Al2O3, Fe (NO3) 3.9H20與Al2O3質量之比為8-20 ； 2)在上述溶液中滴加過量氫氧化鈉或氨水溶液調節PH，使之完全沉澱，將沉澱用去離子水清洗至中性； 3)把沉澱物放入反應釜中，添加十二烷基三甲基溴化銨表面活性劑進行修飾，再加入去離子水，200°C下保溫4h，自然冷卻後清洗、烘乾，即得到N1-Fe2O3Al2O3載氧體。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，步驟2)中所述pH值為9-11。
4.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，步驟3)中所述十二烷基三甲基溴化銨表面活性劑的添加量為每 IOOml去離子水添加l_2ml十二烷基三甲基溴化銨表面活性劑。
【文檔編號】C10L10/00GK103450966SQ201310419492
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】董長青, 覃吳, 王磊, 肖顯斌, 高攀, 楊勇平 申請人:華北電力大學