[发明专利]复合氧化物载氧体、制备及其在化学链氧解耦中的应用

说明书

技术领域

本发明属于化学链氧解耦技术中载氧体材料的制备技术领域，具体涉及一种复合氧化物载氧体的制备方法和应用。

背景技术

化学链燃烧技术作为一种新颖的洁净、高效燃烧技术，可以实现CO₂内分离和避免NO_x污染物产生，且可实现能量的梯级利用，研究这种新型燃烧方式具有重要的意义。传统的化学链燃烧适用于H₂、CO、CH₄等气体燃料，在中国，天然气等气体燃料贫乏，而煤与生物质等固体燃料储量丰富，研究固体燃料的化学链燃烧技术对我国能源清洁、高效利用和减少温室气体排放具有积极作用。固体燃料可以先气化制取合成气，再通入燃料反应器，但气化需要从空气分离纯氧，系统耗能增加。第二种方法是固体燃料直接引入燃料反应器，与载氧体直接接触反应，但是反应器内固体-固体混合不充分，限制了燃料的燃烧过程。

为了解决上述问题，化学链氧解耦技术的概念被提出，利用载氧体释放分子O₂的特性，将燃料反应器内的反应分为两步：首先载氧体分解产生O₂，然后固体燃料与O₂发生普通燃烧反应。化学链氧解耦技术的主要优点是提高了燃烧反应器内固体燃料的反应速率，加快了固体燃料的转化。

适合化学链氧解耦的载氧体一直是化学链氧解耦研究的重点，要求载氧体能够在燃烧温度800~1200℃ 范围内与O₂发生可逆反应，即载氧体能够在空气反应器内进行吸氧，在燃料反应器内释放分子氧。已有的报道证明了能够应用于化学链氧解耦的载氧体有CuO/Cu₂O、Mn₂O₃/Mn₃O₄和Co₃O₄/CoO。与锰基和钴基载氧体相比，铜基载氧体载氧量大，具有较快的吸氧和释氧性能，不易于载体发生反应，碳沉积也较少；铜基载氧体与碳反应为放热反应，可以减少燃料反应器的能量需求，是氧解耦过程的合适的载氧体，但目铜基载氧体前还存在着吸氧和释氧温度过高、吸氧和释氧速率慢、循环稳定性差和易烧结等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种吸氧和释氧温度较低、反应性能好、循环性能稳定的用于化学链氧解耦技术的复合氧化物载氧体及其制备方法。

本发明还提供了一种复合氧化物载氧体在化学链氧解耦中的应用。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种复合氧化物载氧体，由活性组分CuO和ZrO₂组成，按载氧体的重量百分含量计，所述载氧体颗粒中CuO的含量为80%~99%，ZrO₂的含量为1%~20%。

上述的复合氧化物载氧体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将硝酸铜和硝酸锆分别制成溶液后再混合；

步骤2：在混合液中加入柠檬酸溶液或乙二醇，100℃以下时边搅拌边蒸发至湿凝胶状；

步骤3：150℃以下时将上述湿凝胶干燥至干凝胶状；

步骤4：将干凝胶于500-700℃条件下煅烧；

步骤5：升温至800-900℃继续煅烧后得到目标产物。

步骤1中所述的Cu(NO₃)₂和Zr(NO₃)₄的质量比为（3.4-84.4）:1。

步骤2中所述的蒸发温度优选80-100℃，所述的柠檬酸或乙二醇与金属离子（Cu和Zr）的摩尔比为1:（1-3）。

步骤3中所述的干燥采用鼓风干燥箱，所述的干燥温度优选100-120℃。

步骤4中所述的煅烧采用马弗炉，所述的煅烧时间为3-5小时。

步骤5中所述的煅烧时间为1-5小时。

本发明所述的复合氧化物载氧体在化学链氧解耦技术中的应用，在高纯氮气气氛下，其在释氧反应器中的释氧温度为800-1000 ℃。

与现有技术相比，本发明复合氧化物载氧体的制备方法简单，制备出的复合载氧体颗粒粒径小，活性组分的分散性好，复合型载氧体颗粒为多孔结构，吸氧和释氧速率快，释氧和吸氧温度较低，且具有良好的循环稳定性和反应性能，可用于煤与生物质等固体燃料的化学链氧解耦燃烧。

附图说明

图1 为本发明的产物的扫描电子显微镜形貌图。

图2为本发明的产物分别在固定床上800℃、900℃和1000℃条件下的释氧曲线。

具体实施方式