[发明专利]一种负载型双活性金属复合载氧体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载型双活性金属复合载氧体及其制备方法和应用，属于化学链制氢技术领域。所述负载型双活性金属复合载氧体，以Al₂O₃为载体，负载有CuO和Fe₂O₃。其制备方法如下：（1）将Al(NO₃)₃·9H₂O与燃烧剂一同溶解于水中，经超声处理后，蒸发浓缩至凝胶状态，将所得凝胶经煅烧、研磨得到Al₂O₃；（2）将Cu(NO₃)₂·3H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O溶解于水中，加入上述制得的Al₂O₃，在超声下混匀，经干燥、煅烧、研磨，得到双活性金属复合载氧体。本发明耦合多种制备技术，制得的产品纯度高、粒度细小、耐高温、反应活性高、制氢效率高，适于化学链制氢的工业应用。

技术领域

本发明涉及化学链制氢技术领域，特别是涉及一种负载型双活性金属复合载氧体及其制备方法和应用。

背景技术

氢能被视作二十一世纪最有发展潜力的清洁能源，它可作为电、热、气等能源互联的媒介，是在可预见的未来实现跨能源网络协同优化的唯一途径。甲烷蒸汽重整(SMR)是目前工业制氢的主要方法，但是，这种方法涉及的反应步骤比较复杂、反应条件比较苛刻，并且整个反应过程需要消耗大量的能量，排放出的大量温室气体CO₂，会加剧全球变暖。因此，寻求一种高效率、低能耗和低碳排放的制氢途径具有非常重要的意义。

基于化学链燃烧（CLC）概念的化学链制氢（chemical looping hydrogengeneration，CLH）正是一种具有广阔前景的制氢技术。它不仅可以达到较高的能量转换效率，产生高纯度氢气，同时，还可做到低能耗分离捕集CO₂。其中，载氧体是整个化学链制氢过程中的关键因素。载氧体作为媒介，在反应器之间进行“氧化-还原”循环反应，不停地把空气反应器中的氧和反应生成的热量传递到燃料反应器中进行还原反应。因此，高性能载氧体是实现具有CO₂富集特性的化学链燃烧/制氢技术的关键。目前，主要研究的载氧体是金属载氧体，包括Fe、Ni、Co、Mn、Cd等，但是，纯金属氧化物在循环过程中容易因烧结而导致失活，因此，通常被负载到具有较高塔曼温度的惰性载体（Al₂O₃，MgAl₂O₄，TiO₂，ZrO₂）上以改善机械和化学性能。在化学链制氢过程中，载氧体处于不断的失氧－得氧状态中，所以载氧体中氧的活泼性是非常重要的。经过研究筛选，Fe₂O₃被认为是化学链制氢过程中较为理想的载氧体材料。制备的Fe₂O₃/Al₂O₃综合性能较好，但存在载氧率有限、循环反应性较低、无法承受较高的反应温度、金属氧化物在载氧体中分散度低等不足。

目前载氧体的制备方法主要包括固相法、气相法和液相法。固相法操作简单，但生成颗粒的粒径难以控制；气相法设备投资大，制备成本高，操作复杂且产率较低；液相法中较为常用的溶胶凝胶法和浸渍法也存在一些不足，溶胶凝胶法在络合过程中可能会导致络合不完全，传统浸渍法制备的载氧体金属分散度较低，浸渍加载的均匀性不够，影响活性组分催化性能的有效发挥。

发明内容

针对现有技术中存在的问题和不足，本发明提供了一种负载型双活性金属复合载氧体，还提供了一种超声辅助制备负载型双活性金属复合载氧体的方法以及该负载型双活性金属复合载氧体在化学链制氢中的应用。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：