[发明专利]一种负载型尖晶石类化合物及其制备和应用

说明书

 技术领域

本发明涉及两步热化学循环法分解CO₂，更具体的涉及以惰性耐高温氧化物载体（SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、YSZ等）负载的尖晶石类化合物A_1-γB_2-δO₄（0≤γ＜1，0≤δ≤1）作为活性材料分解CO₂，制备CO，此类材料可以在较低的温度下产出可观量的CO,在节能减排方面有着非常广阔的应用前景。

背景技术

由于化石能源的不可持续性，以及利用化石能源所产生的温室效应、环境污染等问题，使得洁净、环境友好的可再生能源体系的研究利用迫在眉睫。我国是CO₂排放大国，CO₂排放量呈较快增长的态势，受到越来越多的国际社会压力。太阳能具有取之不竭、洁净无污染、可再生等优点，利用太阳能将温室气体CO₂转化为便于储存的化学燃料，日益受到国际社会的广泛关注。

金属氧化物两步热化学循环分解H₂O/CO₂技术集太阳能转化与化学燃料制备于一体，是当前新能源研究和开发领域的研究热点之一。该反应的主要步骤为：（1）活性材料首先在高温（高于1000°C）下的惰性气氛中还原，放出氧气。（2）含有大量氧空位的活性材料在较低温度下（低于1200℃）与H₂O/CO₂反应，放出H₂/CO。具体表达式如下：

1/δMO₂→1/δMO_2-δ+1/2O₂(g)                  （1）

H₂O(g)/CO₂(g)+1/MO_2-δ→1/δMO₂+1/2H₂(g)/CO(g)（2）

热力学计算结果表明只有少数的金属氧化物能够完成这个循环。目前研究比较多的体系有铁氧化物、ZnO、CeO₂、V₂O₅、SnO₂等。

Nakamura等人(Solar Energy，1977，19:467–475)最早提出了Fe₃O₄/FeO热化学循环分解水制氢体系，在此基础上Steinfeld等(Solar Energy,1999，65(1):43-53)给出了太阳能热化学反应器的设计原则，并且计算了Fe₃O₄/FeO以及ZnO/Zn分解CO₂的可能性(Energy & Fuels 2008，22，3544-3550)。针对铁酸盐分解温度过高，分解过程中的相变易引起烧结等问题，复合的铁氧化物MFe₂O₄(M=Mg，Cu，Mn，Ni，Co，Zn)以及负载的铁氧化物（常见载体为ZrO₂、YZS）相继被开发。James E.Miller等(Journalof Material Science,2008,43:4714-4728)开发的Co_0.67Fe_2.33O₄/YSZ样品在分解水的反应中循环30次后仍能保持8ml/g的产氢活性。美国专利（申请号20080089834）详细介绍了YZS负载的铁氧化物的制备方法及其分解水反应的具体条件。铁酸盐存在的最主要的问题是反应速率过慢，单位质量的活性材料产氢量太低，关于CO₂分解的实验还没有展开。