携氧材料及其制备方法技术

一种用于制造携氧材料的方法可以包括：形成包含活性物质前体、支撑材料前体和惰性结构前体的粉末的混合物，和通过在大于1300℃的温度加热所述混合物达到足以烧结所述惰性结构前体以形成高强度惰性结构的时间来制造所述携氧材料。所述惰性结构前体可以是一种或多种耐火陶瓷组分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请要求于2013年3月13日提交的、名称为“HighReactivityHighReactivityandHighRecyclabilityCompositeOxygenCarrierParticleswithEnhancedStrengthinContinuousReductionandOxidationReactions(在连续还原和氧化反应中具有增强的强度的高反应性和高可循环使用性复合携氧颗粒(载氧粒子，oxygencarrierparticle)”的美国临时专利申请号61/779,070(AttorneyDocketOSU0079MA)，将其教导通过引用结合于此。背景
本公开内容涉及携氧材料(oxygencarryingmaterial)，并且具体地涉及含有一种或多种金属氧化物的携氧材料。技术背景存在对清洁和高效的能量产生系统的不断需要。大多数产生能量载体如蒸汽、氢、合成气体(合成气)、液体燃料和/或电的商业方法是基于化石燃料的。此外，由于相比于再生能源的较低的成本，预计在可预见的未来中会继续依赖化石燃料。当前，碳质燃料如煤、天然气和石油焦炭的转化通常是通过燃烧或重整过程进行的。然而，碳质燃料尤其是煤的燃烧是将大量二氧化氮排放到环境的碳强化过程。由于煤中的复杂内含物，在该过程中也产生硫和氮化合物。通常已经通过利用O2的燃烧，其中CO2和H2O作为产物，来自利用储存在煤内部的化学能。如果代替氧，在化学循环过程中使用携氧材料，可以进行类似的反应。例如，金属氧化物如Fe2O3可以充当合适的携氧材料。然而，与用空气燃烧燃料不同，存在在利用金属氧化物载体的燃烧上产生的相对纯的封存准备CO2流。然后金属氧化物的还原形式可以与空气反应以释放热从而产生电，或与蒸汽反应而形成相对纯的氢气流，然后其可以用于多种目的。利用化学循环系统的问题之一是金属/金属氧化物携氧材料。例如，以小颗粒形式的铁由于其缺乏机械强度会在反应器中降解和分解。氧化铁也具有很小的机械强度。在仅仅几个氧化还原循环之后，金属/金属氧化物的活性、携氧能力和强度会显著下降。用另外的新鲜金属/金属氧化物替代该携氧材料使得该过程成本更高。随着对更清洁和更高效的转化燃料的系统的需求增加，产生对改进的系统和其中的系统组件的需要，这些系统将高效地转化燃料同时减少污染物。专利技术概述不希望受限于理论，认为更高的加热温度，如例如，至少大于1100℃，将携氧材料的惰性前体材料烧结成高强度惰性结构，其在所述携氧材料对于可接受的反应性也允许用于氧化和还原反应时赋予增大的强度。根据一个实施方案，一种用于制造携氧材料的方法可以包括形成混合物和在大于(高于，greaterthan)1300℃的温度加热该混合物。在另一个实施方案中，加热可以在约1100℃至约1400℃的温度进行。混合物可以包含活性物质前体(activemassprecursor)、支撑材料前体(supportmaterialprecursor)和惰性结构前体(inertstructureprecursor)。活性物质前体可以包括金属、金属氧化物、或它们的组合。支撑材料前体可以包括一种或多种选自由以下各项组成的组中的组分：金属，陶瓷，金属氧化物，金属碳化物，金属硝酸盐，金属卤化物，粘土，矿石，及它们的组合。惰性结构前体可以包括一种或多种耐火陶瓷组分。耐火陶瓷组分可以选自由以下各项组成的组：碳化硅，铝酸钙，铝酸镁，硅酸铝，硫酸铬，氧化镁，硅酸铝，硅酸镁，及它们的组合。活性物质前体、支撑材料前体和惰性结构前体在组成上是不同的。加热可以持续足以烧结所述惰性结构前体以形成高强度惰性结构的时间。在另一个实施方案中，携氧材料可以包含活性物质、支撑材料和高强度惰性结构。活性物质可以包括金属、金属氧化物、或它们的组合。支撑材料可以包括一种或多种选自由以下各项组成的组中的组分：金属，陶瓷，金属氧化物，金属碳化物，金属硝酸盐，金属卤化物，粘土，矿石，及它们的组合。高强度惰性结构可以包括一种或多种以高密度固体框架形式的耐火陶瓷组分，其可操作以对所述携氧材料赋予机械强度。一种或多种耐火陶瓷组分选自由以下各项组成的组：碳化硅，铝酸钙，铝酸镁，硅酸铝，硫酸铬，氧化镁，硅酸铝，硅酸镁，及它们的组合。携氧材料及其制备方法和工艺的另外的特征和优点将在随后的详细描述中提出，并且在某种程度上根据该描述对于本领域技术人员将是明显的或者通过实施本文中描述的实施方案，包括随后的详细描述、权利要求、以及所附附图，而将会被认识到。应当理解，在前的一般性描述和随后的详细描述描述了各种实施方案并且意在提供用于理解所要求保护的主题的本质和特性的概观或框架。包括附图以提供所述各种实施方案的进一步理解，并将其引入并组成本说明书的一部分。附图例示了本文中描述的各种实施方案，并且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。附图简述当结合以下附图解读时，可以最佳地理解以下本公开内容的具体实施方案的详细描述，附图中相似的结构由相似标号指示，并且其中：图1是根据一个或多个本文中描述的实施方案的用于转化燃料的一个系统的示意图；图2是根据一个或多个本文中描述的实施方案的用于转化燃料的另一个系统的示意图；图3是根据一个或多个本文中描述的实施方案的图表，该图表示出了在200个氧化还原循环之前和之后，携氧颗粒的抗压强度；图4是根据一个或多个本文中描述的实施方案的图表，该图表示出了通过200个氧化还原循环的携氧颗粒的反应性；图5是在1400℃烧结的铝酸钙颗粒的显微照片；图6是图5的图像的放大视图；图7是在900℃烧结的铝酸钙颗粒的显微照片；以及图8是图7的图像的放大视图。实施方式描述现在将详细提及携氧材料及其制造方法的各种实施方案，其实例在图中示意性地示出。这里将具体参考附图进一步详细地描述携氧材料及其形成方法的各种实施方案。在一个实施方案中，携氧材料可以包含活性物质，如金属氧化物，其可以储存、接收或给出一个或多个氧原子，由此在反应期间改变氧化状态。这样的携氧材料可以用于化学循环系统。例如，在化学循环系统中，携氧材料可以经过以循环模式的交替的氧化反应和还原反应，其中对于每个反应，携氧材料要么接收要么给出一个或多个氧原子并由此改变氧化状态。在一些实施方案中，携氧材料可以为颗粒的形式，如具有直径约0.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造携氧材料的方法，所述方法包括：形成包含活性物质前体、支撑材料前体和惰性结构前体的粉末的混合物，其中：所述活性物质前体包括金属、金属氧化物或它们的组合；所述支撑材料前体包括一种或多种选自由以下各项组成的组中的组分：金属，陶瓷，金属氧化物，金属碳化物，金属硝酸盐，金属卤化物，粘土，矿石及它们的组合；所述惰性结构前体包括一种或多种选自由以下各项组成的组中的耐火陶瓷组分：碳化硅，铝酸钙，铝酸镁，硅酸铝，硫酸铬，氧化镁，硅酸铝，硅酸镁及它们的组合；所述活性物质前体、所述支撑材料前体和所述惰性结构前体在组成上是不同的；和通过在大于1300℃的温度加热所述混合物达到足以烧结所述惰性结构前体以形成高强度惰性结构的时间来制造所述携氧材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.13 US 61/779,0701.一种用于制造携氧材料的方法，所述方法包括：
形成包含活性物质前体、支撑材料前体和惰性结构前体的粉末的混合
物，其中：
所述活性物质前体包括金属、金属氧化物或它们的组合；
所述支撑材料前体包括一种或多种选自由以下各项组成的组中的
组分：金属，陶瓷，金属氧化物，金属碳化物，金属硝酸盐，金属卤
化物，粘土，矿石及它们的组合；
所述惰性结构前体包括一种或多种选自由以下各项组成的组中的
耐火陶瓷组分：碳化硅，铝酸钙，铝酸镁，硅酸铝，硫酸铬，氧化镁，
硅酸铝，硅酸镁及它们的组合；
所述活性物质前体、所述支撑材料前体和所述惰性结构前体在组
成上是不同的；和
通过在大于1300℃的温度加热所述混合物达到足以烧结所述惰性结
构前体以形成高强度惰性结构的时间来制造所述携氧材料。
2.权利要求1所述的方法，其中所述加热在大于1400℃的温度进行。
3.权利要求1所述的方法，其中所述加热在1300℃至1900℃的温度
进行。
4.权利要求1所述的方法，所述方法还包括在化学反应器系统中使用
之前，通过氧化和还原所述携氧材料来活化所述携氧材料。
5.权利要求1所述的方法，其中所述混合物还包括成孔材料。
6.权利要求5所述的方法，其中所述成孔材料选自：
H2O、碳、有机化合物或它们的组合；或
Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Ni、Co、Cr、Ba、Sr、Zn、Cd、Ag、Au、
Mo的碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化物、磷酸盐、氯化物、硫化物，或它们
的组合。
7.权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述混合物成型为直径
约0.5mm至约10mm的颗粒的形式。
8.权利要求1所述的方法，其中：
所述活性物质前体的所述金属或金属氧化物选自Fe，Co，Ni，Cu，
Mo，Mn，Sn，Ru，Rh，它们的氧化物，及它们的组合；
所述支撑材料前体选自Ti、Mg的金属或金属氧化物，及它们的组合；
并且
所述惰性结构前体选自铝酸钙、硅酸钙、铝酸镁及它们的组合。
9.一种携氧材料，所述携氧材料包含活性物质、支撑材料和高强度惰
性结构，其中：
所述活性物质包括金属、金属氧化物或它们的组合；
所述支撑材料包括一种或多种选自由以下各项组成的组中的组分：金
属，陶瓷，金属氧化物，金属碳化物，金属硝酸盐，金属卤化物，粘土，
矿石及它们的组合；
所述高强度惰性结构包括一种或多种可操作以对所述携氧材料赋予机
械强度的高密度固体框架形式的耐火陶瓷组分；并且
所述一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：范良士，孙振超，
申请(专利权)人：俄亥俄州国家创新基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US