[发明专利]新型夹层核壳结构铁基载氧体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学链燃烧技术领域，具体涉及一种新型夹层核壳结构铁基载氧体及其制备方法。

背景技术

化学链燃烧(CLC)技术是一种高效、经济、环保的新型无焰燃烧技术。与传统燃烧不同，它借助于载氧体与燃料以及空气之间的化学反应过程，可以将空气反应器中的氧传递到燃料反应器中，从而避免了燃料与空气的直接接触。燃烧反应过程中燃料反应器的产物为CO₂和水蒸气，只需将水蒸气冷凝便可以分离CO₂。与此同时可以减少高温以及燃烧NO_x的生成。因此，化学链燃烧技术以其具有富集CO₂的特点而备受世界学者的关注。

选择并制备出具有良好的物理和化学性能的载氧体是化学链燃烧技术的关键。载氧体性能的主要指标有：载氧能力、良好的反应性、持续循环能力、机械强度、抗团聚和烧结能力、抗积炭能力、高温稳定性、低成本以及环境友好等。目前主要研究的载氧体有Cu、Ni、Fe、Co、Mn、Cd等过渡金属的氧化物，其中多数金属氧化物都具有良好的反应性能、较好的载氧能力、持续循环能力及耐高温等优点，但同时也存在一些固有的缺陷，如低温下的积碳、价格高、高温烧结以及重金属二次污染等问题。为提高载氧体的反应能力、机械强度、比表面积、抗烧结能力、使用寿命等，载氧体须负载于一些惰性物质上。这些惰性载体并不参与反应，但是可以极大提高载氧体颗粒的比表面积、增加颗粒的抗烧结能力、实现空气反应器到燃料反应器的能量传递。目前，常用的惰性载体有：Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、膨润土、海泡石以及高岭土等惰性物质。

发明内容

本发明的目的在于克服现有载氧体的不足，利用Al₂O₃/Fe₂O₃/SiO₂夹层核壳结构，提供一种抗烧结能力强、比表面积大、热稳定性好、结构稳定不变形和使用寿命长的化学链铁基载氧体及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

该载氧体的活性成分Fe₂O₃负载于纳米氧化铝表面，并在Fe₂O₃的外表面包覆微孔结构的SiO₂外层薄膜；其中，在所述夹层核壳结构铁基载氧体中，纳米氧化铝和活性成分Fe₂O₃的质量比为(1∶1)～(19∶1)，SiO₂外层薄膜与活性成分Fe₂O₃中Si与Fe的原子数量比为0.5-1。

所述新型夹层核壳结构铁基载氧体的制备方法，具备以下步骤：

步骤(1)：量取铁盐溶于足量的蒸馏水中，将适量纳米氧化铝粉末放入上述溶液中，用浓氨水滴定溶液PH至9.0，超声波处理1-5h，搅拌后过滤并收集滤渣；

步骤(2)：对步骤(1)中获得的滤渣进行干燥、焙烧，即得到基于纳米氧化铝的铁基载氧体，且得到的负载型铁基载氧体中，纳米氧化铝和活性成分Fe₂O₃的质量比为(1∶1)～(19∶1)；

步骤(3)：室温下，在持续搅拌中往烧杯中按照体积比4∶1加入足量的乙醇和去离子水，并加入步骤(2)中制备的铁基载氧体和0.2mol/L的正硅酸乙酯，使得Si与Fe的原子比为0.5-1；然后加入适量0.5mol/L的浓氨水催化正硅酸乙酯水解、缩合，密封反应5-7h后将产物离心分离；

步骤(4)：分别用乙醇和去离子水将步骤(3)得到的离心产物清洗数次，并采用鼓风干燥箱在110-130℃下干燥2-4h，即可得到夹层核壳结构铁基载氧体。

所述步骤(1)中的搅拌时间为10h。

所述步骤(2)中的干燥为普通鼓风干燥箱干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为10h；焙烧温度为550℃，焙烧时间为5h。

所述铁盐为硝酸铁或氯化铁。

本发明的有益效果为：