[发明专利]一种铜基复合载氧体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学链氧解耦系统中载氧体颗粒的制备技术领域。具体涉及一种复合氧化物载氧体及其制备方法和应用。

背景技术

温室气体排放带来的全球变暖问题正在引起人们的重视。CO₂作为最主要的温室气体,研究CO₂减排技术迫在眉睫。烟气中的CO₂常常被大量氮气稀释,CO₂的分离与回收成本很高。在燃烧过程中生成高浓度的CO₂或便于CO₂分离的气相混合物,同时消除其他污染物的生成、排放是一条有效途径。化学链燃烧(Chemical-Looping Combustion,简称CLC)正是具有上述特性的一种新型燃烧方式,已经受到了较多的关注。

化学链燃烧( chemical looping combustion) 的基本原理是将传统的燃料与空气的直接反应，通过载氧体的作用分解为两步气固反应，燃料不直接与空气接触，而是通过氧载体在两个串联的反应器之间来完成氧的转移，两个反应器分别为空气反应器与燃料反应器，化学链燃烧实现了燃料化学能的梯级利用。

载氧体为化学链燃烧的媒介，在两个反应器之间进行循环，不停的把空气反应器中生成的氧和反应生成的热量传递到燃料反应器中进行还原反应，因此，载氧体的性能直接影响了整个化学链燃烧的运行。

目前，载氧体的主要研究集中在Ni、Fe、Cu、Co、Mn等过渡金属的氧化物，以及硫酸盐载氧体和钙钛矿型载氧体等。金属氧化物载氧体由于具有较高的反应性和耐高温的优点而受到了广泛的关注，但还存在着反应速率不够快等缺点。

（王杰、王文举等.化学链燃烧技术中载氧体的研究进展[J].现代化工，2012, 32(11): 13-17.）中提出了CuO载氧体在高温下活性和循环稳定性降低，容易出现烧结，反应速率不够快等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种CuO复合载氧体颗粒及其制备方法和应用。CuO载氧体具有较高的活性和较大的载氧能力，CuO和碳反应为放热反应，能够减小燃料反应器中的能量需求。但CuO较低的熔点使得其在高温下活性和循环稳定性降低，容易出现烧结，在CuO载氧体颗粒中添加NiO通过溶胶凝胶法得到粒径均匀，反应速率较快的CuO复合载氧体。

为了实现上述发明本发明所采用的技术方案是：一种CuO复合载氧体，所述载氧体由CuO和NiO组成，其中CuO的质量百分数为90~98%，NiO的质量百分数为2~10%。

优选组成：CuO的质量百分数为95%，NiO的质量百分数为5%，此比例可充分提升复合载氧体的反应性能。

上述铜基复合载氧体的制备方法，包括以下步骤制备：

步骤1：将Ni(NO₃)₂溶液滴加到Cu(NO₃)₂溶液中，搅拌至混合均匀；

步骤2：再加入柠檬酸溶液，高温下边蒸发边搅拌至混合液形成湿凝胶；

步骤3：湿凝胶干燥后变为干凝胶；

步骤4：将干凝胶置于500~520℃下煅烧至有机物充分燃烧和硝酸盐完全分解，再升温至800~820℃，活化载氧体；

步骤5：将步骤4得到的颗粒研磨、筛分即可得到铜基复合载氧体。

其中，步骤1中所述的Cu(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂的质量比为19.13:1。

步骤2中所述的柠檬酸与Cu原子的摩尔比为2:1，高温为70-80℃。

步骤3中干燥条件为100~110℃下干燥24~48小时。

步骤4中煅烧条件为500℃下煅烧5~6小时，升温至800℃后，活化5~6小时。

本发明与现有技术相比的优点在于：（一）本发明采用溶胶凝胶法，控制适宜的反应条件，制备出粒径均匀，分散度好的铜基复合载氧体。（二）本发明铜基复合载氧体的制备方法简单，制备出的复合载氧体具有较快的反应速率，释氧速率得到明显提升。

附图说明

    图1 为本发明复合载氧体通过热重分析仪得出的失重速率曲线（DTG)。

具体实施方式

下面结合实例进一步说明本发明：