[发明专利]复合载氧体与其形成方法及氧化还原反应

说明书

本揭露提供一种复合载氧体及其形成方法。所述复合载氧体包括：多孔核心，包括氧化铁与氧化铝，且氧化铁与氧化铝的重量比例介于30:70至70:30之间；以及多孔壳层，包覆多孔核心，且多孔壳层包括氧化物如氧化铝、氧化锆、或上述的组合。本揭露还提供一种氧化还原反应，包括：(A)将燃料通入复合载氧体，使燃料氧化成H₂O、CO、CO₂、或上述的组合，并使复合载氧体中的氧化铁还原。

技术领域

本揭露关于氧化还原程序，更特别关于其采用的复合载氧体。

背景技术

化学回路燃烧(chemical looping combustion)技术为同时具有高能源效率及二氧化碳捕获的氧化还原程序。在燃料反应器中，由载氧体提供燃料氧化所需的氧，将燃料氧化成H₂O、CO、CO₂、或上述的组合，而载氧体则被还原。被还原的载氧体再移至空气反应器中，利用空气使还原的载氧体氧化回原本的载氧体。通过载氧体在燃料反应器与空气反应器之间的循环，可有效平衡载氧体在两个反应器中进行还原与氧化的吸放热，同时提升二氧化碳排放纯度并减少分离程序。

载氧体的反应活性及机械强度是整个系统操作的关键。当载氧体表面发生烧结现象时，会影响反应活性且在系统运行中易发生架桥现象而堵塞。若能减缓载氧体表面烧结现象，即可提升载氧体的供氧能力及使用寿命，进而降低操作成本。

综上所述，目前亟需更有效的载氧体以用于化学回路燃烧等氧化还原反应。

发明内容

本发明的目的在于提供更有效的用于化学回路燃烧等氧化还原反应的复合载氧体。

本揭露一实施例提供的复合载氧体，包括：

多孔核心，包括氧化铁与氧化铝，且氧化铁与氧化铝的重量比例介于30:70至70:30之间；以及

多孔壳层，包覆多孔核心，且多孔壳层包括氧化物。

在一些实施例中，上述多孔核心的粒径介于1mm至5mm之间。

在一些实施例中，上述氧化物是氧化铝、氧化锆、或上述的组合。

在一些实施例中，上述多孔壳层的厚度介于100nm至300nm之间，且多孔壳层的孔洞直径介于5nm至10nm之间。

在一些实施例中，上述多孔核心的孔洞填有氧化物。

本揭露一实施例提供的复合载氧体的形成方法，包括：

(a)混合氧化铁与氧化铝以形成混合物粒子，并锻烧混合物粒子以形成多孔核心，其中氧化铁与氧化铝的重量比例介于30:70至70:30之间；

(b)将氧化物前驱物、致孔剂、与酸溶于醇类，以形成溶液；

(c)将多孔核心浸入溶液中，以形成壳层包覆多孔核心；以及

(d)干燥及锻烧壳层包覆的多孔核心，以形成多孔壳层包覆多孔核心的复合载氧体。

在一实施例中，上述氧化物前驱物与该致孔剂的摩尔比例介于1:0.01至1:0.02之间。

在一实施例中，上述步骤(a)锻烧混合物粒子的温度介于1000℃至1300℃之间，而步骤(d)锻烧壳层包覆的多孔核心的温度介于500℃至700℃之间。

本揭露一实施例提供的氧化还原反应，包括：(A)将燃料通入复合载氧体，使燃料氧化成H₂O、CO、CO₂、或上述的组合，并使复合载氧体中的氧化铁还原，其中复合载氧体包括：多孔核心，包括氧化铁与氧化铝，且氧化铁与氧化铝的重量比例介于30:70至70:30之间；以及多孔壳层，包覆多孔核心，且多孔壳层包括氧化物。