[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

本发明公开了一种用于化学环制氢的载氧体及其制备方法和应用。所述方法包括如下内容：将铁元素、锰元素引入至含锆有机骨架材料上，经干燥和焙烧后制得载氧体。所述方法制备的载氧体具有较高的金属分散度、较好的热稳定性和高温反应活性。

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稳定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（Chemical looping）技术是一种新型的化学转化和能源利用的平台技术，其以低耗捕集CO₂、低NOx排放、低㶲损失等优势，成为清洁能源领域的最有发展前景的技术之一。

化学环制氢技术以载氧体当中的晶格氧代替氧气，在高温条件下，载氧体（MeO）与燃料发生氧化还原反应，避免了燃料与空气的直接接触，减少NOx生成，且通过载氧体的梯级还原实现了燃料的梯级利用。还原态载氧体（Me）与水蒸气反应，产物经简单冷凝即可得到纯度较高的氢气。在反应器中还原与氧化反应交替循环进行，可实现连续清洁产氢。

近年来约900种载氧体得到了测试，从组成类型来看，主要分为金属和非金属两大类，其中以金属类氧化物为主。

单活性组分载氧体的稳定性和反应活性均较差。中国专利CN110055120A采用机械混合法将铁基-Fe₂O₃、铜基-CuO和惰性载氧体混合制得复合载氧体，操作简单成本低廉但是样品均匀性较差，反应过程中易烧结。Tseng 等（Tseng Y.H.,J.L.Ma,C.P.Chin,etal.Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2014, 45(1): 174-179.）以溶胶凝胶法制备了复合镍铁氧化物，研究表明该载氧体具有良好的氧化还原活性，但在循环过程中同样会因为金属聚集出现烧结现象。

另外在金属氧化物载氧体当中添加惰性载体，如Al₂O₃、TiO₂、SiO₂等也可以有效提高载氧体的热稳定性。中国专利CN111088090A、CN107539948B分别以Fe₂O₃和MoO₃、Fe₂O₃和MgO为活性金属混合浸渍在氧化铝载体上，得到的载氧体具有较好的热稳定性。但是此方法制备的载氧体负载量低且容易分布不均匀。另外Bhavsar（Bhavsar S., M. Najera, G.Veser.Chemical Engineering  Technology, 2012, 35(7): 1281-1290）等以Fe₂O₃为活性金属，合成具有核壳结构的Fe₂O₃@SiO₂载氧体。但是惰性载体容易与活性金属形成FeAl₂O₄、Fe₂SiO₄等非活性物质，降低载氧体反应性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足之处，本发明提供了一种用于化学环制氢的载氧体及其制备方法和应用。该载氧体合成简单，具有较高的金属分散度、较好的热稳定性和高温反应活性。

一种用于化学环制氢的载氧体制备方法，所述方法包括如下内容：将铁元素、锰元素引入至含锆有机骨架材料上，经干燥和焙烧后制得载氧体。

上述方法中，所述含锆有机骨架材料为UiO-66，所述UiO-66的物化性质如下：粒径为50-1000nm，比表面积为200-2000 m²/g。所述的UiO-66材料可以为市售商品或者按照现有技术制备，优选采用现有技术进行制备。