[发明专利]一种钴基复合载氧体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学链氧解耦系统中载氧体颗粒的制备技术领域。具体涉及一种复合氧化物载氧体及其制备方法。

背景技术

能源有效利用与环境相容协调发展是21世纪全世界都极为关注的热点和难点，减排CO₂的努力已经成为各国能源决策的一个关键因素，迄今为止，当前能源动力系统回收CO₂的难题主要表现在：化石燃料排放的CO₂数量巨大，而且直接燃烧的产物中CO₂常常被氮气稀释，分离与捕集成本较高，系统能效显著降低，同时也会产生NO_x、SO₂等其他污染物。用传统分离过程回收需要消耗大量的能源，导致动力系统效率大幅度降低（减小5%～15%）。化学链燃烧技术作为新一代洁净、高效燃烧技术，可以实现CO₂内分离和避免NO_x污染物产生，且可实现化学能的梯级利用，已成为世界能源、环境问题研究的重要方向。

化学链燃烧的基本原理是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧借助于载氧体的作用分解为两个气固反应，燃料与空气无需接触，由载氧体将空气中的氧传递到燃料中。化学链燃烧系统由氧化反应器、还原反应器和载氧体组成。固体载氧体在2个反应器之间循环，实现氧的转移。载氧体在两个反应器之间循环使用，一方面通过在氧化反应器的氧化反应为还原反应器的还原反应提供氧，另一方面将氧化反应器的氧化反应中产生的热量传递给还原反应器。化学链循环过程，伴随的就是载氧体的氧化和还原。因此，载氧体的物理和化学性质是实现不同燃料化学链燃烧的关键所在。

目前，载氧体的主要研究集中在Ni、Fe、Cu、Co、Mn等过渡金属的氧化物，以及硫酸盐载氧体和钙钛矿型载氧体等。金属氧化物载氧体由于具有较高的反应性和耐高温的优点而受到了广泛的关注，但还存在着释氧速率不够快等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种钴基复合载氧体颗粒及其制备方法。钴基载氧体经连续释氧吸氧后仍能保持较好的活性，和铁基载氧体相比具有较好的反应性，但钴基载氧体解耦氧时吸热量大，很难应用于氧解耦化学链燃烧技术。在钴基载氧体颗粒中添加CuO，通过溶胶凝胶法得到粒径均匀，反应速率较快的钴基复合载氧体。

为了实现上述发明本发明所采用的技术方案是：一种钴基复合载氧体，所述载氧体由Co₃O₄和CuO组成，其中Co₃O₄的质量百分数为95%，CuO的质量百分数为5%。

一种钴基复合载氧体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将Cu(NO₃)₂溶液滴加到Co(NO₃)₂溶液中，搅拌至混合均匀；

步骤2：再加入柠檬酸溶液，70-80℃下边蒸发边搅拌至形成湿凝胶；

步骤3：湿凝胶在干燥温度为105℃下干燥24小时变为干凝胶；

步骤4：将干凝胶置于500℃下煅烧5小时至有机物充分燃烧和硝酸盐完全分解；

步骤5：再升温至800℃，活化载氧体，时间为5小时；

步骤6：将收集到的颗粒研磨、筛分即可得到复合金属氧化物载氧体。

步骤1中所述的Co(NO₃)₂和Cu(NO₃)₂的质量比为19.5:1。

步骤2中所述的柠檬酸与Co原子的摩尔比为2:1。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1.本发明采用溶胶凝胶法，控制适宜的反应条件，制备出粒径均匀，分散度好的钴基复合载氧体。

2.本发明钴基复合载氧体的制备方法简单，制备出的复合载氧体具有较快的反应速率，释氧速率得到明显提升。

附图说明

图1为本发明复合载氧体在900℃固定床实验释氧转化率曲线

具体实施方式

下面结合实例进一步说明本发明：

本实施例中的原料为分析纯Co(NO₃)₂·6H₂O产品；络合剂为分析纯柠檬酸；掺杂的金属硝酸盐为分析纯Cu(NO₃)₂·3H₂O。

实施例：取29.1gCo(NO₃)2·6H₂O放入500ml的烧杯中，加入100ml的蒸馏水，然后把烧杯置于带有恒温水浴的磁力搅拌器上，搅拌速度为400rpm。取1.21gCu(NO₃)₂·3H₂O放入100ml的烧杯中，加入50ml的蒸馏水，搅拌至完全溶解。然后把硝酸铜溶液滴加到硝酸钴溶液中，边滴加边搅拌。取42.03g柠檬酸，放入有100ml蒸馏水的烧杯中搅拌至全部溶解，待上述溶液搅拌均匀后，缓慢的加入柠檬酸溶液，边滴加边搅拌。搅拌6个小时后，溶液已经脱水变为粘稠状的湿凝胶。将湿凝胶置于105℃的鼓风干燥箱中，干燥24小时后，烧杯内湿凝胶变为干凝胶。将干凝胶取出，置于500℃的马弗炉中煅烧5小时至柠檬酸和硝酸盐完全分解，再将马弗炉升温至800℃，恒温焙烧5小时，用于活化载氧体，得到复合金属氧化物载氧体，其中Co₃O₄的含量为95wt.%，CuO的含量为5wt.%。如图1所示，本实施例制备的的钴基复合载氧体释氧速率明显提升。