[发明专利]一种化学链制氢用赤泥基氧载体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学链制氢用赤泥基氧载体的制备方法，属于能源催化技术领域。

技术背景

在燃料气体中氢能是一种理想的燃料与能源载体，具有资源丰富、可再生性、环保高效等优点，是除核燃料外的所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中发热值最高的。随着现代工业的快速发展，氢能在各个领域的应用也变得越来越广泛，氢能需求量也日益增长。特别是能源与环境问题日趋严峻的形势下，推动氢能经济的到来对于社会经济可持续发展有着尤为重要的作用。开发廉价、高效的制氢技术能够解决氢能经济的来源，并加快氢能经济的到来。氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源正成为各国大力研究的对象，我国在“863”和“973”计划中均把氢能作为重点研究领域，这充分体现了氢能在能源发展中的战略地位。

化学链制氢（CLH）技术是基于化学链（CL）与化学链燃烧（CLC）技术在氧化步骤中采用分解水循环制氢方法。CLH技术的基本原理是利用传统原料和水蒸汽借助于氧载体的作用进行两个气固循环反应，还原步骤中燃料与氧载体反应失去晶格氧（M_xO_y+δCH₄→M_xO_y-δ+δ(2H₂+CO)），氧化步骤中水蒸汽与氧载体反应恢复晶格氧，同时经过冷凝分离水蒸汽产生纯氢气（M_xO_y-δ+δH₂O→M_xO_y+δH₂）。以铁的氧化物（Fe₂O₃）为主要活性物种的化学链制氢氧载体，由于其良好的反应性能，被认为是很有工业潜力的一种氧载体。但是要实现Fe基氧载体的工业化应用，必须寻找一种廉价的技术实现氧载体的规模化制备。

赤泥是制铝工业生产Al₂O₃时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨Al₂O₃，附带产生 1.0～2.0吨赤泥。中国作为全球第四大Al₂O₃生产国，每年排放的赤泥高达数千万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。这些赤泥不能很好的利用，不但是资源的一种浪费，而且要占用大量的土地，同时对生态环境及人类生产、生活造成危害。因此，实现赤泥资源化利用已迫在眉睫。

作为一种污染性废渣，由于含氧化铁（Fe₂O₃）量大，外观与赤色泥土相似，因而得名赤泥。也有些因含氧化铁较少而呈棕色，甚至灰白色。铝土矿中铝含量高，采用拜尔法炼铝，所产生的赤泥称拜尔法赤泥；铝土矿中铝含量低的，用烧结法或用烧结法和拜尔法联合炼铝。其中以拜尔法赤泥中Fe₂O₃含量最高（其XRD谱图见图1所示）。

各类赤泥的化学成分

发明内容

针对上述存在的问题及不足，本发明提出一种化学链制氢用赤泥基氧载体的制备方法，赤泥基作为氧载体可以实现其大量利用，避免了占用大量土地，造成生态环境的污染；赤泥经过预处理→调整成分→成型→焙烧工艺步骤之后成为化学链制氢氧载体成品，具体实施步骤如下：

（1）将赤泥干燥（干燥温度110-300℃，干燥时间2-24小时）、破碎后备用；

（2）将步骤（1）得到的赤泥于载体、助剂与活性组分混合后进行常规成型，成型后的混合物在800-1000℃下焙烧4-8小时后得到赤泥基氧载体（其工艺流程图见图3所示）。

（3）将步骤（2）所得的赤泥基氧载体用于CLH评价装置，进行产氢性能评价（其原理图见图2所示）。

本发明所述载体为Al₂O₃、SiO₂或TiO₂，其中，载体与干燥后赤泥的质量比为4:1~1:3。

本发明所述助剂为NaOH、KOH或Na₂CO₃，其中，助剂与干燥后赤泥的质量比低于1:10。