[发明专利]一种用于化学链燃烧和裂解的氧载体及其制备方法和应用

说明书

一种用于化学链燃烧和裂解的氧载体及其制备方法和应用，氧载体的通式为NiO‑AFe_xAl_12‑xO₁₉(A＝La或Ba，0＜x＜5)，镍铁的摩尔比范围为0～10。以硝酸镍、硝酸铁、硝酸铝、硝酸镧/硝酸钡为前驱体，配制硝酸盐溶液，然后进行共沉淀，再经抽滤、洗涤、干燥、焙烧，制备方法简单，易于工业化。该氧载体不仅在化学链燃烧阶段有近100％的CH₄转化率和100％的CO₂选择性，便于CO₂廉价捕集，而且化学链燃烧反应后的氧载体用于甲烷催化裂解制氢时，也有100％的CH₄转化率，并能够产生高纯度的H₂和纳米碳材料；该氧载体用于化学链燃烧和甲烷裂解时均反应活性高且循环稳定性强，极具经济性。

技术领域

本发明属于甲烷化学链燃烧、甲烷裂解制氢和碳材料、碳的气化氧载体技术领域，具体涉及一种用于化学链燃烧和裂解的氧载体及其制备方法和应用。

背景技术

近些年来，虽然非化石燃料能源开发力度不断加大，但目前仍以原油、原煤等化石燃料为主要能源供应。化石燃料燃烧过程中排放的大量温室气体会引发全球变暖，导致环境恶化。在传统的化石燃料燃烧过程中，由于空气中N₂的稀释，CO₂的分离成本很高，因此迫切需要降低CO₂的分离成本，以实现其廉价捕集。与传统化石燃料相比，氢能是一种新型能源，具有零污染、利用率高等优点。以氢气为能源的氢燃料电池可广泛应用于：大型电站发电、便携移动电源、应急电源、家庭电源、汽车、火车、飞机、军舰、深海潜水等。氢燃料电池对氢气的质量要求非常高，杂质如CO、CO₂、CH₄等含碳化合物会对电池电极造成不可逆碳蚀，导致电池失效。因此迫切需要高纯度的氢气。

甲烷是天然气、可燃冰、页岩气、煤层气等主要成分，甲烷化学链燃烧(CLC)技术以甲烷作为燃料，利用氧载体中的晶格氧与甲烷发生完全燃烧反应，避免了燃料与空气的直接接触，其尾气只有CO₂和H₂O，通过简单冷凝将H₂O分离出来，即可得到高纯度的CO₂，具有很大的环境效应，但单一的CLC工艺在经济上还有一定的局限性。甲烷催化裂解制氢可以得到几乎不含碳氧化合物的纯净H₂，可直接用于燃料电池，此外产生的纳米碳材料可作为聚合物添加剂、催化剂载体或直接用作催化剂等方面，应用非常广泛，包括国防军工、航空航天、汽车轻量化、风力发电、压力容器储罐、体育休闲等，具有极大的经济效益

氧载体/催化剂是甲烷化学链燃烧技术和甲烷裂解制氢技术的关键，不仅要求其在两种技术中保持高活性还要有高的循环稳定性。金属Ni反应活性虽高，但反应一段时间后金属Ni颗粒发生团聚失活，一般将其担载在Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、MgAl₂O₄等惰性氧载体上以改良其催化/机械性能，但是依然存在稳定性差，抗积碳能力差，易失活的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于化学链燃烧和裂解的氧载体及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于化学链燃烧和裂解的氧载体，该氧载体的化学式为NiO-AFe_xAl_12-xO₁₉，其中，A＝La或Ba，0＜x＜5，镍与铁的摩尔比值大于0小于等于10。