[发明专利]一种尖晶石结构载氧体及其制备方法

说明书

本发明属于化学链燃烧系统中载氧体的制备技术领域，本发明提供了一种尖晶石结构载氧体及其制备方法。本发明的载氧体包括活性成分和惰性成分，所述活性成分为Ni和Fe，所述惰性成分为Al，所述活性成分和惰性成分以NiFeAlO₄的形式共存，所述NiFeAlO₄为尖晶石结构。本发明制备的尖晶石结构载氧体同时实现了高活性与高稳定性的特点，且制备方法简单、操作方便、合成条件易控制，能够实现批量生产。

技术领域

本发明涉及化学链燃烧系统中载氧体的制备技术领域，尤其涉及一种尖晶石结构载氧体及其制备方法。

背景技术

煤化学链燃烧作为新型的燃烧技术，被用于CO₂捕集，对减缓温室效应、改善自然环境，促进我国煤炭资源的清洁高效利用具有重要的意义。其中，载氧体作为化学链燃烧技术的核心，其理化性质直接影响整个化学链燃烧系统的反应性和循环热稳定性，因而研发高性能的载氧体一直是化学链燃烧技术研究的重点和难点。

铁基载氧体由于资源丰富、环境友好、价格低廉等优点受到了研究者的广泛关注，被认为是非常有工业应用前景的载氧体之一。铁基载氧体载氧率最大，但由于其热力学的限制，在化学链燃烧过程中只能发生从Fe₂O₃到Fe₃O₄的转变，导致铁基载氧体的氧利用率极大减小。同时，铁基载氧体的其他缺点，例如，对气体燃料的反应性较低，以及与磁铁矿形成有关的团聚等也阻碍了其应用。

对于铁基载氧体存在的问题，可以通过添加惰性组分和制备成双金属复合载氧体来改进其性能，但是无论采取哪种改进措施，也都存在一定的缺点。如添加惰性组分可以提高铁基载氧体的抗烧结能力，但惰性组分与铁氧化物在一定温度下会发生反应，从而影响载氧体的活性，同时也存在着活性组分分布不均匀等问题；制备成双活性组分的复合载氧体可以提高载氧体的氧利用率，从而提高载氧体的反应活性，但在长期的反应过程中稳定性却存在问题，需要改进。

考虑到尖晶石结构的材料通常具有高熔点、高温下机械强度高、化学惰性高和耐热冲击性好等特点，若能将活性组分和惰性材料融入到一个晶体结构中，则上述问题均能得到有效解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尖晶石结构载氧体及其制备方法，解决了现有载氧体无法同时实现高活性与高稳定性的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种尖晶石结构载氧体的制备方法，包括如下步骤：

(1)将混合金属离子盐溶液与碱性沉淀剂溶液按照体积比(5～30)：1混合，使混合溶液的pH为8～12，进行反应；

(2)将所述反应后的溶液进行老化结晶，固液分离，取沉淀；

(3)对所述沉淀进行焙烧，得到尖晶石结构载氧体。

优选的，所述混合金属离子盐溶液包括镍离子、铁离子和铝离子，所述镍离子的浓度为0.01～0.2mol/L，所述镍离子、铁离子和铝离子的摩尔比为1：(0.01～0.5)：(0.01～0.5)。

优选的，所述碱性沉淀剂溶液的浓度为0.1～5mol/L。

优选的，所述镍离子的前驱体盐为硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种，所述铁离子的前驱体盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁中的一种，所述铝离子的前驱体盐为硝酸铝、乙酸铝、硫酸铝、氯化铝中的一种，所述碱性沉淀剂溶液的前驱体盐为碳酸钠、尿素、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。

优选的，所述反应的温度为50～130℃，所述反应的时间为1～20h。

优选的，所述老化结晶的温度为25～100℃，所述老化结晶的时间为8～48h。