[发明专利]一种基于粉煤灰基多孔陶瓷膜的铁基载氧体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学链燃烧技术领域，具体涉及一种新型的基于粉煤灰基多孔陶瓷膜的铁基载氧体及其制备方法。

背景技术

化学链燃烧(CLC)技术是一种高效、清洁、经济的新型无焰燃烧技术。不同于传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧，它借助于载氧体的作用，由载氧体将空气反应器中的氧传递到燃料反应器中，而不需要燃料与空气直接接触，燃烧过程中在燃料反应器生成高浓度的CO₂，以便于CO₂分离。同时可以降低高温NO_x的生成。化学链燃烧技术以其具有富集CO₂的特点而备受人们关注。其中，选择具有良好的物理和化学性能的载氧体是制约化学链燃烧技术的关键。

载氧体性能的主要指标有：良好的反应性、载氧能力、持续循环能力、机械强度、抗烧结和团聚能力、抗积炭能力、耐高温能力、低成本和环境友好。目前主要研究的载氧体有Fe、Cu、Ni、Co、Mn、Cd等过渡金属的氧化物及CaSO₄，其中多数金属氧化物都具有良好的反应性能、较好的载氧能力、持续循环能力及耐高温等优点，但同时也存在一些固有的缺陷，如低温下的积碳、价格高、重金属二次污染等问题，为提高载氧体的反应能力、机械强度、使用寿命、抗烧结能力、比表面积等，载氧体可以负载在一些惰性物质上。这些惰性载体并不参与反应，但是可以极大提高载氧体颗粒的比表面积、增加颗粒的抗烧结能力、实现空气反应器到燃料反应器的能量传递。目前，常用的惰性载体有：Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、膨润土、海泡石、高岭土和铝、镁酸盐等惰性物质。载氧体的制备主要方法有：沉淀法、浸渍法、溶胶-冷凝法、机械混合法、冷冻成粒法、分散法、喷雾干燥法、沉积-沉淀法。研究表明，金属氧化物的种类、惰性载体种类和两者的混合比例、制备工艺等因素对载氧体的性能有显著影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有载氧体的不足，利用火力发电厂产生的煤渣作为原料，提供一种比表面积大、反应活性高、载氧能力强、热稳定性好、机械强度大、结构稳定不变形、耐磨性高和使用寿命长的化学链燃烧载氧体及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

该载氧体是在多孔陶瓷膜的多孔结构上，负载活性成分Fe₂O₃而构成；其中，在所述嵌入负载型铁基载氧体中，Fe₂O₃和多孔陶瓷膜各自所占的质量百分含量分别为5-50％和50-95％。

所述多孔陶瓷膜在制作过程中由于发泡剂的作用而产生多孔结构。

基于粉煤灰基多孔陶瓷膜的铁基载氧体的制备方法，具备以下步骤：

步骤(1)：将主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O的煤渣研磨均匀，加入质量含量为粉煤灰质量0％-30％的发泡剂(木屑：粒径＜0.1mm)，在压力机上采用半干法在成型压力为30MPa的条件下压模成型，压制成φ10×5mm的薄片；

步骤(2)：将压制的薄片在马弗炉中1100℃-1300℃温度条件下煅烧2h即获得粉煤灰基多孔陶瓷片；

步骤(3)：量取铁盐溶于足量的蒸馏水中；将制备的多孔陶瓷片放入上述溶液中，用浓氨水滴定溶液至PH为9.0，超声波处理后静置，然后过滤并收集滤渣；

步骤(4)：量取足量的蒸馏水，将步骤(3)中获得的滤渣放入其中并使用超声波再次处理，然后过滤并收集滤渣；

步骤(5)：对步骤(4)中获得的滤渣进行干燥、焙烧，即得到基于粉煤灰多孔陶瓷膜的铁基载氧体，且使得得到的负载型铁基载氧体中，Fe₂O₃和多孔陶瓷膜各自所占的质量百分含量分别为5-50％和50-95％。

所述步骤(3)中的超声波处理时间为1-10h，静置时间为2-20h。

所述步骤(4)中的超声波处理时间为30s-60s。

所述步骤(5)中的干燥为普通鼓风干燥箱干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为10h。

所述步骤(5)中的焙烧温度为550℃，焙烧时间为5h。

所述铁盐为硝酸铁或氯化铁。

本发明的有益效果为：