[发明专利]一种用于生物油化学链制氢的纳米级多孔铁基载氧体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于化学链制氢技术领域，特别涉及一种用于生物油化学链制氢的纳米级多孔铁基载氧体制备方法。

背景技术

化学链制氢（CLHG）技术是一种可以内在实现CO₂分离的新型制氢技术。化学链制氢系统通常由燃料反应器和空气反应器组成；在一定温度下以载氧体为媒介，载氧体在燃料反应器中还原后，再在空气反应器中以水蒸气作为氧化剂中完成载氧体的再生，同时水蒸气也被还原产生氢气。

生物油是通过生物质快速裂解制得的一种具有较高能量密度的原料，它可以较容易的分散制取或集中制取氢气，以生物油为原料用于化学链制氢为生物油的利用提供了一条新的途径。

载氧体在反应器之间不停地进行循环反应，因此载氧体的制备和选取是化学链制氢技术中的关键。目前使用较多的金属载氧体有Ni、Cu、Mn和Co等氧化物，但传统的金属载氧体成本较高、制备工艺较复杂、反应活性不高等因素，其不能满足生物油化学链制氢的要求。铁基载氧体由于价格低廉，环境友好而被广泛研究，然而其反应活性和载氧能力较差。

CN101486941A公开了一种铁基载氧体的制备方法，该载氧体利用溶胶凝胶法与燃烧合成法有机结合，制备出纳米级的铁基载氧体，但是制备过程较为复杂，且载氧体孔隙不够丰富，不利于化学链反应过程中的气体深入扩散，影响了反应活性。

CN102618349A公开了一种甲烷化学链燃烧的氧载体及其制备方法，该法通过添加助剂和掺杂剂提高了载氧体反应活性，但是其原料硝酸铈较为昂贵，经济性不高，且制备过程需要反复洗涤和抽滤，工艺较为复杂，不利于工业化生产。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种成本低廉、反应活性高的用于生物油化学链制氢的铁基载氧体的制备方法。

技术方案：本发明提供的一种用于生物油化学链制氢的纳米级多孔铁基载氧体的制备方法，包括以下步骤：

（1）以硝酸铁和硝酸铝为前躯体、柠檬酸为络合剂、聚乙二醇为制孔剂和分散剂，混合配成水溶液，搅拌均匀得溶胶，所述原料包括硝酸铁、硝酸铝、柠檬酸和聚乙二醇；

（2）将溶胶蒸发起泡得凝胶；

（3）将凝胶干燥、煅烧得铁铝复合金属氧化物，即为用于生物油化学链制氢的纳米级多孔铁基载氧体。

步骤（1）中，步骤（1）中，硝酸铁和硝酸铝的质量比以三氧化二铁和三氧化二铝计为4:6~8:2，柠檬酸与前驱体的摩尔比为1:1~3:1；所述聚乙二醇为聚乙二醇PEG200-800或聚乙二醇PEG1000-4000，所述柠檬酸与聚乙二醇PEG200-800摩尔比5:1~2:1，柠檬酸与聚乙二醇PEG1000-4000摩尔比800:1~200:1。

步骤（1）中，搅拌温度为50-70℃，搅拌时间为0.5-1.5h。

步骤（2）中，蒸发温度为70-90℃。

步骤（3）中，干燥温度为110-150℃，干燥时间为10-15h；煅烧为分阶段煅烧，以5℃/min的升温速率从室温升至300~400℃后恒温煅烧1~2小时，再以10℃/min的升温速率升至600~1000℃后恒温煅烧2~3小时。

有益效果：本发明提供的铁基载氧体的制备方法原料来源丰富、成本低廉、环境友好，制得的铁基载氧体以Fe₂O₃为活性成分、Al₂O₃为惰性载体，并具有丰富的多孔结构、具有较高的生物油化学链制氢反应活性和稳定性，制备工艺简单，适合工业化生产。

具体而言，本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）该制备方法原料摒弃传统金属醇盐做前躯体，而采用金属无机盐，廉价易得，环境友好。

（2）该制备方法工艺上省去了陈化、洗涤、过滤等复杂过程，工艺简单，更易于后期加工，非常适合工业化生产。

（3）该制备方法通过制孔剂聚乙二醇的添加，制得的纳米级多孔载氧体具有丰富的孔隙，且孔隙分布均匀，有利于气体继续深入扩散到载氧体内部反应界面，从而使该载氧体能够大大促进生物油化学链制氢的氧化-还原过程，加快载氧体在水蒸气和燃料气中的循环效率，提高产氢效率。

附图说明

图1为本发明铁基载氧体的制备方法工艺流程图。

图2为本发明铁基载氧体的SEM图谱；其中，图2b为实施例2制备的铁基载氧体，图2a为实施例8制备的铁基载氧体。