[发明专利]氧化钙基双金属复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种氧化钙基双金属复合材料、制备方法及应用，包括吸附活性组分、催化活性组分以及助催化组分。吸附活性组分为CaO；催化活性组分包括金属铁氧化物；助催化组分包括Co、Ni以及Mn中的任意一种或多种的组合。组分含量方面，吸附活性组分与催化活性组分及助催化组分加和之间的质量比为1:0.05～0.3，催化活性组分与助催化组分之间的重量比为1:0.2～1。其制备采用简单的溶胶‑凝胶一步法合成，通过加入有机模板剂，制备出多孔结构的复合材料，保证复合材料具备COsubgt;2/subgt;高吸附量和稳定性，同时具备高的催化活性位点。应用上，该多孔氧化钙基双金属复合材料可应用于燃煤电厂、钢铁制造、水泥制造、乙烯制造等大型工业过程烟道气中COsubgt;2/subgt;的捕集与转化。

技术领域

本发明属于CO₂捕集及原位转换用材料技术领域，具体涉及一种具备CO₂捕集及原位转换双功能的氧化钙基双金属复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

随着对天然气以及各种化学燃料的需求日益增加，CO₂过量排放导致的温室效应所引起的生态气候的变化威胁这人类的生存。现阶段认为最具前景的是CO₂捕集与封存技术(CCS)，通过化学吸收或者吸附的方法进行CO₂捕集、再经过储存、管道运输，封存于地下或者海底。但该技术成本高、同时存在安全、环境等隐患而饱受质疑。因此，将碳捕集与碳资源紧密相连，将捕集的CO₂作为碳源进一步转化为高附加值化学品(CCU)而备受关注。其中，将CO₂捕集与转化技术耦合，不但可以大幅度减少压缩、储存、运输管道、埋存等设备运行投资，而且能进一步降低设备和操作费用和能耗，而此技术的关键在于吸附催化双功能复合材料的研发。

针对燃烧后烟道气高温特征，CaO基吸附剂是一种廉价、高效的CO₂捕集材料。基于CaO与CO₂之间的碳化反应，理论吸附量高达17.8mmol/g，是常温商用分子筛等吸附剂的5-8倍。一般在600-650℃捕集烟道气中CO₂，生成的CaCO₃加热至800-900℃进行脱碳并重新得到CaO和纯的CO₂。专利CN105727882A公布了一种钙基吸附剂，将藻类原料和钙基原料按照一定比例混合制得，但是循环稳定性差，经过25次循环CO₂吸附量下降约50％。其原因在于CaCO₃的塔曼温度低，高温再生过程易发生烧结现象而板结，致使其比表面积迅速下降，吸附能力严重降低。因此如何避免CaO在循环捕集CO₂过程中的烧结失效是一项难题。

逆水煤气变化(RWGS)反应属于CO₂应用的另一方面，其是将CO₂催化活化生成CO，从而实现CO₂转化利用。目前开发了一些常压下在200～600℃进行逆水煤气反应的过渡金属基催化剂：如专利W09606064A报道了Zn-Cr/Al₂O₃催化剂，虽然能将二氧化碳转化为一氧化碳，但是甲烷化副产物较为严重；Dai等人(J.Chem.Eng.95(2017)634–642.)制备了以介孔CeO₂为载体的Fe-CeO₂催化剂，但在400℃、常压下CO₂转化率仅为8.69％；A.G.kharaji等人(Chem.Eng.,2013,21,1007-1014)用Fe-Mo/γ-Al₂O₃催化剂，在600℃、1MPa、氢碳比为1:1下反应，转化率接近45％。因此如何提高逆水煤气反应中CO₂的转化率又是一项难题。

发明内容