[发明专利]氧解耦载氧体、制备方法和应用

说明书

本公开提供了一种氧解耦载氧体、制备方法和应用，本公开中氧解耦载氧体包括：Ca₂Fe₂O₅基质；掺杂到Ca₂Fe₂O₅基质上的Mn元素，氧解耦载氧体的分子式如下：Mn/Ca₂Fe₂O₅，其中，Mn、Ca和Fe的摩尔比为1：1：1～2：1：1。本公开提供的氧解耦载氧体的制备方法，包括：S1、将硝酸铁、硝酸钙和硝酸锰混合并配置成硝酸盐溶液；S2、将络合剂加入到硝酸盐溶液中，并加入调节溶液pH，经加热形成凝胶；S3、将烘干后的凝胶在第一预设温度下进行煅烧使硝酸盐分解，再升温至第二预设温度进行煅烧，得到Mn/Ca₂Fe₂O₅载氧体。本公开还提供了氧解耦载氧体用于沼渣化学链气化的应用。

技术领域

本公开属于能源化工与材料技术领域，尤其涉及一种氧解耦载氧体、制备方法和应用。

背景技术

由于以煤炭资源为主的化石能源的大量消耗，引起了严重的环境污染问题和资源紧缺问题。厌氧发酵技术是一种极具应用前景的生物质利用技术，它可以在处理固体废物解决环境污染问题的同时还能获取清洁的沼气能源。但是，沼渣作为厌氧发酵的副产物，因其存在的量大、难处理的问题，严重限制了厌氧发酵行业的发展。虽然沼渣被认为可以用作有机肥料，但由于其具有运输成本高、剂量可控性差等缺点，通常不适合大规模的应用。

气化技术可以以生产合成气的方式，在很好地利用固废中的有机质的同时实现固废的高效处理，因此气化技术被广泛应用于石油、化工等领域。同时沼渣中的钾等微量元素对气化有一定的催化作用，可以加快反应，因此利用气化技术来处理沼渣具有重大的现实意义。但是传统的气化方式存在很大的局限性，例如：采用空气作为气化介质会带入大量N₂导致合成气热值降低；采用纯氧或水蒸气作为气化介质会使工艺复杂化，并且空气分离器等设备的需求会大大增加合成气生产的成本。因此，迫切需要开发一种新型的方法来处理和利用沼渣，以推动沼气工程的发展。

化学链气化(chemical looping gasification，CLG)是一种新兴的气化方式，利用载氧体中的晶格氧作为气化介质代替传统的气化剂，向燃料提供气化反应所需的氧。化学链气化在克服传统气化的局限性的同时，通过载氧体携带其再生时放出的热量为沼渣气化提供能量，实现热能的梯级利用。并且载氧体作为金属氧化物，在提供晶格氧的同时具备一定的催化作用，可以在炉内实现催化气化和焦油裂解。鉴于上述优势，沼渣化学链气化技术作为沼渣高效处理和资源化利用的有效途径具有广阔的应用前景。

化学链气化系统由燃料反应器、空气反应器和载氧体组成。其中载氧体作为媒介，在燃料反应器和空气反应器之间进行循环。载氧体的性能直接影响了整个化学链气化的运行和气化效果。因此载氧体的制备与优化是化学链气化技术的核心和关键。Ca-Fe基载氧体由于具备较强的H₂选择性和焦油催化性能，成为化学链气化技术的热门载氧体，但是Ca-Fe基载氧体参与的化学链气化中存在产物CO₂浓度高、气化效率偏低、气体产量不理想等缺陷。为了实现厌氧发酵副产物沼渣的快速减量以及高附加值的利用，开发新型、高效的载氧体是亟待研究解决的。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本公开提供了一种氧解耦载氧体、制备方法和应用，以期至少部分地解决上述技术问题。

为了解决上述技术问题，作为本公开的一个方面，本公开提供了一种氧解耦载氧体，包括：

Ca₂Fe₂O₅基质；

掺杂到上述Ca₂Fe₂O₅基质上的Mn元素，

上述氧解耦载氧体的分子式如下：