[发明专利]一种分子筛封装的多功能载氧体及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化学链重整系统中载氧体制备技术领域，公开一种分子筛封装的多功能载氧体及其制备方法和应用；所述制备方法，包括以下步骤：S1、获取酸性修饰的分子筛；S2、将金属氧化物、铁酸盐或钙钛矿封装至酸性修饰的分子筛孔道内，获得分子筛封装的多功能载氧体。本发明所制备得到的分子筛封装的多功能载氧体具有规则的孔道结构，孔内封装纳米氧化物粒子，具有良好的高温稳定性，优良的输氧和部分氧化性能、强的催化活性以及优秀的循环使用性和抗磨损性能。本发明所述载氧体可应用于包括生物质在内的碳基固体原料热解挥发份中烃类大分子和小分子组分等化学链重整制备富氢合成气。

技术领域

本发明属于化学链重整系统中载氧体制备技术领域，具体涉及一种分子筛封装的多功能载氧体及其制备方法和应用。

背景技术

生物质能因清洁、可再生、碳中和、来源广泛等特点引起了广泛关注。生物质气化制备合成气进而制备下游产品是生物质高效利用的主要途径。生物质气化由生物质热解、热解挥发份重整、半焦燃烧等一系列反应组成。热解挥发份重整制备富氢合成气是提高生物质气化效率的关键步骤。相比于催化重整，化学链重整具有不需要使用贵金属、积碳少，易再生，能量利用率高等优点，成为了生物质热解挥发份重整的重要研究方向。

生物质热解挥发份化学链重整(chemical looping reforming)工艺由重整反应器和再生反应器组成。在重整反应器中，小分子挥发份如CH₄通过载氧体晶格氧的部分氧化作用而转化为富氢合成气，大分子挥发份如苯、甲苯等组分通过载氧体晶格氧的部分氧化和金属位点的催化重整作用转化为富氢合成气。载氧体失去晶格氧被还原。被还原的载氧体和积碳进入再生反应器。在再生反应器中，被还原的载氧体与空气反应进行再生生成CO和CO₂，恢复载氧体的晶格氧，之后携带热量回到重整反应器。通过使用载氧体的晶格氧，载氧体在重整反应器与再生反应器之间循环以克服由于积碳引起的失活。同时，化学链重整工艺还具有不需要使用贵金属、积碳少，再生反应产生的热量可以由载氧体带回用于重整反应等优点。

化学链重整工艺的关键在于载氧体的设计。生物质热解挥发份分为小分子组分与大分子组分。小分子组分通过载氧体晶格氧的部分氧化作用而转化为富氢合成气；大分子组分通过载氧体晶格氧的部分氧化作用和金属位点的催化重整作用转化为合成气。因此，小分子组分重整需要控制氧化程度，需要具有良好部分氧化性能的载氧体。对于大分子组分，载氧体既需要良好的部分氧化性能，也需要具有强的催化活性。载氧体在两个流化床反应器间循环，起到了载氧与载热的作用，因此载氧体亦需具有优秀的导热性能、杰出的循环稳定性以及良好的抗磨损性能。载氧体的微区调控策略可以针对载氧体的微区反应环境进行改性，进一步改善载氧体的性能。综上，对于生物质热解挥发份化学链重整过程，理想的载氧体需要具有良好的部分氧化性能、强的催化活性、以及优秀的导热性能、杰出的循环稳定性和良好的抗磨损性能。传统的化学链重整工艺常用纯金属氧化物或天然矿石作为载氧体。但其存在输氧能力弱或部分氧化性能差、催化活性低、易烧结循环稳定性差等问题。针对这些问题，研究者们提出了不同的改性策略。NiFe₂O₄、BaFe₂O₄、CuFe₂O₄等复合金属氧化物被用于解决纯金属氧化物输氧能力弱、催化性能低的问题。但其仍存在易烧结循环稳定性差等问题。白云石、Al₂O₃、ZrO₂等载体被用于负载金属氧化物以克服其易烧结、循环稳定性差的缺点，但其输氧能力弱或部分氧化性能差等缺点并未得到改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分子筛封装的多功能载氧体及其制备方法和应用，以解决现有研究载氧体部分氧化性能、催化活性、循环稳定性未能兼顾以及抗磨损性能差的技术问题，进一步制备得到兼具良好部分氧化性能、强催化活性和优异的循环稳定性的多功能载氧体。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种分子筛封装的多功能载氧体的制备方法，包括以下步骤：