[发明专利]一种化学环制氢的载氧体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种化学环制氢的载氧体及其制备方法和应用。所述方法包括二氧化铈载体的制备、活性组分铁的负载，所述二氧化铈载体的制备包括二氧化铈前驱物焙烧过程，所述焙烧在等离子体的气氛下进行。该载氧体制备方法简单，成本低，并且其活性组分粒径小、分散度高、在反应过程中具有较高的活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种化学环制氢的载氧体及其制备方法和应用，具体地说涉及一种高活性化学环制氢的载氧体及其制备方法和应用。

背景技术

化学环燃烧技术是在1954年由Lewis等提出的一种先进燃烧技术。该技术利用氧化还原反应原理，以载氧体所含的晶格氧为氧源，为反应提供所需要的活性氧，载氧体在另外一个反应器中实现再生。化学环技术可以避免燃料与空气（或氧气）的直接接触，一方面提高了安全性能，另一方面可以获得高浓度的二氧化碳，从而实现二氧化碳的捕集。因此，化学环燃烧是一种安全、环保的燃烧技术，具有很好的应用前景。但是，上世纪90年代，化学环燃烧技术才被应用于氢气的制取。

氢能是一种洁净的二次能源载体，具有安全无毒、燃烧性能好（热值为143 kJ/kg，是汽油的3倍）、且产物只有水、不会造成环境污染等优势。因此，氢能作为一种清洁高效的理想燃料，具有很好的应用前景。

化学环制氢（Chemical Looping Hydrogen Generation，CLHG）是一种新型环保的制氢技术，其原理包括两个反应器：燃料反应器和制氢反应器。在燃料反应器中，载氧体被烃类等燃料还原为低价态金属氧化物，同时，燃料被氧化生成二氧化碳，并将其捕集；在制氢反应器中，低价态的金属氧化物被水蒸气氧化，同时水蒸气被还原生成氢气，反应器出口气体冷凝即可得到纯净的氢气。如此循环，即可达到制取氢气的目的。其中，载氧体是该技术的关键，载氧体的性质直接影响整个过程的制氢效率与所得氢气的纯度。

化学环制氢载氧体受到了广大研究者们的青睐，主要有单金属氧化物和复合金属氧化物。其中单金属氧化物主要包括Fe、Zn、Sn、W、Cu、Mn等，载体主要有二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈和三氧化二铝等。复合金属氧化物主要是铁氧化物为主，在此基础上，添加Ni、Mn、Zn、Ce、Mg、Zr等助剂。此外，还有少量研究者集中在钙钛矿和双钙钛矿体系的研究。

CN102533388A公开了一种载镍介孔二氧化硅空心球铁基载氧体的应用方法，该载氧体的制备过程是先制备出介孔二氧化硅空心球载体，然后将三氧化二铁内核填充于空心球内，最后采用等体积浸渍法将活性组分氧化镍负载在填充有三氧化二铁内核的介孔二氧化硅空心球上。CN102862956A报道了一种具有钙钛矿结构复合氧化物的制备及其在化学环循环制氢中的应用。该钙钛矿结构载氧体采用柠檬酸络合法制备而成。CN 102441395B公开了一种以三氧化二铁为活性组分，二氧化铈为载体的铁基载氧体，并将其应用于化学环制氢中，所用载体二氧化铈采用乳液聚合法制备模板，所制备的二氧化铈载体具有大孔结构，有利于燃料气和水蒸气在载氧体内的扩散，从而提高燃料气燃烧和循环制氢的效率，降低反应床层的压降，但是该方法制备的载氧体，活性组分负载量低，不利于高负载量的活性组分在其载体表面的分散。

综上所述，现有技术中所述用于化学环制氢的载氧体的活性稳定性需要进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种化学环制氢的载氧体及其制备方法和应用，该载氧体制备方法简单，成本低，并且其活性组分粒径小、分散度高、在反应过程中具有较高的活性和稳定性。

一种用于化学环制氢的载氧体的制备方法，所述方法包括二氧化铈载体的制备、活性组分铁的负载，所述二氧化铈载体的制备包括二氧化铈前驱物焙烧过程，所述焙烧在等离子体的气氛下进行。

本发明方法中，所述等离子体为介质阻挡放电等离子体、滑动弧放电等离子体或辉光放电等离子体，优选介质阻挡放电等离子体。

本发明方法中，所述等离子体气氛来源于氩气、氮气或氦气中的一种或几种，优选氩气。