[发明专利]一种铁基载氧体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种铁基载氧体及其制备方法和应用。所述方法包括如下内容：首先，将铁元素分N次引入至载体中，所述N为1以上的整数，优选N为2以上的整数，例如N为2、3、4、5、6；然后，进行干燥、焙烧，所述焙烧在等离子体气氛下进行。所述方法制备的载氧体活性组分Fe负载量高、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

本发明涉及一种铁基载氧体及其制备方法和应用，具体地说涉及一种铁基载氧体及其制备方法和其在化学环制氢中的应用。

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。上世纪90年代，化学环燃烧技术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）、且燃烧产物只有水、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。

目前，铁基载氧体被广泛应用于化学环制氢的研究中。CN107804824A公开了一种复合型钙铁载氧体及其化学环制氢协同捕集二氧化碳的方法，所用载氧体为Ca₂Fe₂O₅，该载氧体具有较强的载氧能力和较好的循环稳定性能。CN 102864008A采用柠檬酸络合法制备出具有钙钛矿结构的复合金属氧化物载氧体，并将其应用于化学环制氢的研究中，该载氧体的制备方法简单、成本低，并且其在化学环燃烧中的应用具有载氧率高、反应活性高、稳定性好、抗积碳性能好等优势，有利于进一步工业应用。CN105462649A报道了一种含钙钴基复合载氧体的制备方法及其在化学环制氢中的应用，该载氧体采用溶胶凝胶法制备而成，通过控制适宜的反应条件，制备出具有高分散性且粒度均匀的复合载氧体，所制备的载氧体具有较快的反应速率和较高的释氧质量，释氧质量和释氧速率明显提升。但目前的载氧体普遍存在载氧率低、循环反应性能差、高温下易结焦、金属氧化物在载体中粒径较大、分散不均匀、且负载量不高等不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种铁基载氧体及其制备方法和应用，所述载氧体活性组分Fe负载量高、粒径小、分散度高、在反应过程中具有较高的活性和稳定性。

一种铁基载氧体的制备方法，所述方法包括如下内容：

首先，将铁元素分N次引入至载体中，所述N为1以上的整数，优选N为2以上的整数，例如N为2、3、4、5、6；

然后，进行干燥、焙烧，所述焙烧在等离子体气氛下进行。

上述方法中，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、辉光放电等离子体中的一种或几种，优选介质阻挡放电等离子体。

上述方法中，所述载体为Al₂O₃、CeO₂、ZrO₂中的一种或几种混合，优选CeO₂。