[发明专利]一种纳米氧化镍/镍铝尖晶石氧载体的制备方法

说明书

本发明公开一种纳米氧化镍/镍铝尖晶石氧载体的制备方法。该方法包括以下步骤：溶液配制；共沉淀凝胶制备；分段控温老化；预热成型；高温煅烧。本发明通过部分共沉淀法制备镍铝碳酸盐和硝酸盐的共凝胶，通过控制干燥和老化的温度及时间来控制晶体的生长过程，同时利用金属氧化物受热分解自身产生氧气的特点，控制成型温度和煅烧温度，创造有利于尖晶石形成的微富氧条件，在简单的条件下即可获得纳米NiO/NiAl₂O₄氧载体。该制备工艺简单，设备要求低，且过程易于控制，能够实现批量生产。该氧载体在化学链式燃烧中表现出非常强的氧化还原能力。因此无论在化学链式燃烧用于二氧化碳捕集，或是还原水制氢都具有重大潜力。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及一种纳米氧化镍/镍铝尖晶石(NiO/NiAl₂O₄)氧载体的制备方法。

背景技术

目前尖晶石主要以镁铝尖晶石为主，随着尖晶石使用的领域越来越广，也衍生出除镁铝尖晶石以外的其他二价金属的铝基尖晶石，其用途各有侧重，其中镍铝尖晶石用作惰性载体制备的化学链燃烧载氧体具有非常强的化学稳定性，能够提供稳定的支撑作用和同时能够加强载氧体氧化还原性能。使用NiO/NiAl₂O₄氧载体，不仅能够获得100％的甲烷转化率，同时长时间反应后机械强度有所增强并且化学组成没有明显变化，这表明氧载体具有更长的使用寿命。然而NiAl₂O₄在孔隙结构和颗粒大小方面仍缺乏有效的控制手段，因此直接影响了活性氧化物的分布和负载。

目前镍铝尖晶石主要的合成方法包括水热法、共沉淀法，溶胶-凝胶法，醇盐水解法等，其中水热法反应条件温和，但是操作繁琐，对设备有一定要求；溶胶-凝胶法需要长时间的制备过程，且操作过程繁杂；醇盐水解法需要昂贵的醇盐，制作成本极高。共沉淀法过程简单，易于操作，但煅烧过程易团聚。综合目前的合成方法均无法有效制备稳定的微孔尖晶石粉末。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种纳米NiO/NiAl₂O₄氧载体的制备方法。该制备方法以共沉淀的方式，通过控制pH形成碳酸盐为分散质的液体溶胶，并通过干燥老化形成碳酸盐和硝酸盐水凝胶，在400℃形成多孔结构的固体颗粒，并利用高温下Ni₂O₃释放氧气的特性制造微富氧条件使NiO和Al₂O₃逐步形成尖晶石。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的纳米NiO/NiAl₂O₄氧载体。该氧载体在化学链式燃烧中表现出非常强的氧化还原能力。作为载体的镍铝尖晶石(NiAl₂O₄)化学性质稳定，在高温环境下不易团聚，镍铝尖晶石形态不易被破坏，具备良好的机械稳定性。作为活性物质的氧化镍(NiO)分布均匀，多次反应后无团聚失活现象，表现出极强的氧化还原活性。因此无论在化学链式燃烧用于二氧化碳捕集，或是还原水制氢都具有重大潜力。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种纳米NiO/NiAl₂O₄氧载体的制备方法，包括以下步骤：(1)溶液配制；(2)共沉淀凝胶制备；(3)分段控温老化；(4)预热成型；(5)高温煅烧；

具体包括以下步骤：

(1)溶液配制：硝酸盐溶液是按照镍离子和铝离子摩尔比为1～2.25配制；沉淀剂溶液是碳酸铵所配置的水溶液；

(2)共沉淀凝胶制备：将步骤(1)得到的沉淀剂溶液逐滴加入到步骤(1)得到的硝酸盐溶液中，搅拌，直到整体pH达到4.5～5.5，得到混合碳酸盐为分散质的溶胶；硝酸盐溶液因产生碳酸盐沉淀而形成水溶胶；