[发明专利]铁酸盐类储氧材料及其前体和用途

说明书

本发明提供一种铁酸盐类储氧材料及其前体和用途，所述铁酸盐类储氧材料前体包括Fe_xO/M_yO，其中Fe_xO中Fe由以下一种或几种物质提供FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄；M_yO中M由以下一种或几种物质提供NiO、Ni₂O₃、CoO、Co₂O₃、Co₃O₄、MgO、MnO、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄；其中2/3≦y/x≦9；将上述铁酸盐类储氧材料前体经过热处理可以获得铁酸盐类储氧材料。采用铁酸盐类储氧材料前体或铁酸盐类储氧材料可以用于催化两步热化学循环反应，催化效率高，操作简单。

技术领域

本发明涉及一种铁酸盐类储氧材料及其前体和用途，属于化工领域。

背景技术

长期以来，以煤、石油和天然气为主的化石燃料的开采和使用，大大促进了社会发展的同时，也产生了温室效应等一系列环境污染问题，使得寻找新的、清洁可靠的可持续能源成为世界各国的政治和经济议题。太阳能是由太阳内部连续不断的核聚变反应过程所产生的能量，年辐射量高达5.7×10²²J，相当于1.9×10¹²吨标准煤。利用太阳能转化能源由于具有费用低、来源广、不污染环境等优点而受到人们的广泛关注，大力开发利用太阳能，将会改变我国能源短缺和不合理的能源结构，使能源供应多样化。综合利用温室气体(主要是CO₂)优势，通过太阳能集热提供热能，将CO₂转化为CO的技术日益受到国际和国内社会的广泛关注。该方法与太阳能集热技术联用，实现了太阳能向化学能的高效转化，具有清洁生产、能量转换效率高等优点。

基于金属氧化物为储氧材料的两步热化学循环反应可将CO₂转化为CO，该方法将太阳能转化和化学燃料制备于一体，是当前新能源研究和开发领域关注的热点之一。其原理是：(1)通过太阳能集热提供热能，在较高温度下(1200℃-1600℃)进行高价态储氧材料的还原，释放部分晶格氧，该过程需要吸收大量的热量才能使储氧材料还原；(2)释放晶格氧后的储氧材料具有强还原性，在相对低的温度下(700℃-1200℃)与CO₂反应，裂解CO₂生成CO，储氧材料被氧化恢复到高价态状态，然后又进入第一步循环反应，(如图1)，该反应的代表性表达式如下：

热还原过程：MeO_oxidized→MeO_reduced+O₂(g)

CO₂分解过程：MeO_reduced+CO₂(g)→MeO_oxidized+CO(g)

其中MeO_oxidized和MeO_reduced分别代表氧化态和还原态的储氧材料。