一种高稳定性载氧体颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高稳定性载氧体颗粒及其制备方法，惰性载体为镁铝尖晶石；活性组分可为化学链燃烧领域的常见活性金属氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化铈、氧化镍、氧化钴等等。本发明专利技术的制备工艺简单，通过对载氧体惰性载体的改善，提高了载氧体的循环性能和机械强度，可以实现化学链燃烧技术中原料的高转化率。

High stability oxygen carrier particle and preparation method thereof

The invention provides a high stability of oxygen carrier particles and a preparation method thereof, as inert carrier spinel; active components for chemical looping combustion field of common active metal oxide, copper oxide, manganese oxide, cerium oxide, nickel oxide, cobalt oxide and so on. The preparation process of the invention is simple, and the cycle performance and the mechanical strength of the oxygen carrier can be improved by improving the inert carrier of the oxygen carrier, and the high conversion rate of the raw material in the chemical looping combustion technology can be realized.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学链燃烧系统中载氧体颗粒的制备
，特别涉及一种适用于化学链燃烧技术，由金属氧化物作为载氧体的载氧体颗粒的制备方法。
技术介绍
化学链燃烧技术是一种新型的无焰燃烧技术，这种技术的优点是燃料在其燃烧的过程中，氧原子由载氧体实现从氧气向燃料的传递，在使用含碳燃料时产物只有CO2和H2O，通过简单的冷凝就可以较低的能源消耗实现CO2的减排，与此同时也彻底根除了各类NOx的生成。此外，由于载氧体在反应器之间循环，实现了热量的传递，有效提高了化学链燃烧系统的效率。化学链燃烧技术具有高效、清洁和经济的特点，而载氧体的制备和选取是实现化学链燃烧技术的关键。载氧体在化学链燃烧技术中起到传递氧和热量的作用，因此载氧体的性能直接影响整个化学链燃烧系统的运行，要求载氧体具备高反应活性、高循环活性的特点。目前常用的载氧体多为金属氧化物，主要有Ni、Fe、Co、Cu、Mn、Ce，惰性载体主要有Al2O3、ZrO2、MgAl2O4。不同的活性组分和惰性组分以及制备方法、烧结温度都会对载氧体的性能产生影响。现有技术中，载氧体的主要制备方法包括机械混合法、冷冻颗粒法、浸渍法等等。比较这些制备方法会发现，机械混合法制备的载氧体的机械性能和氧化率随着循环次数的增加出现快速的退化并产生结块现象；溶解法制备的载氧体的化学动力学和机械强度方面较好；冷冻颗粒法需要特殊的设备，制备过程比较复杂。浸渍法制备样品比较简单，但是活性组分含量低且无法精确控制。因此，对化学链燃烧技术而言，寻求设计一种高性能载氧体颗粒的制备方法是其成功实现的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种获得耐高温、均匀稳定、强度高的载氧体。进一步，本专利技术还提供了上述的载氧体的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种高稳定性载氧体颗粒，载氧体以铝镁尖晶石作为惰性载体负载活性金属氧化物。优选地，所述铝镁尖晶石中的Al2O3:MgO的重量比为1:1。优选地，所述活性金属氧化物为氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化铈或氧化镍。优选地，所述活性氧化物占载氧体总重量的40%~80%。进一步，上述载氧体颗粒制备方法，包括如下步骤：（1）将异丙醇铝加入水中，通过水解挥发水解生成的异丙醇；水解温度优选75℃~95℃，水解时间为1~3小时；（2）将硝酸镁溶解后，缓慢加入，搅拌均匀；然后加入硝酸溶液，继续挥发水解的生成的异丙醇；水解时间为12~18小时；（3）待异丙醇铝充分水解后，缓慢加入活性金属盐溶液；待充分混合，保持一段时间，优选0.5~3小时；（4）烧结即可得到载氧体，其中，惰性组分为烧结而成的铝镁尖晶石。本专利技术以镁铝尖晶石为惰性载体的载氧体，在反应过程中，因为镁铝尖晶石的特殊结构，更容易保持化学成分和晶体结构稳定，具有更好的循环性能，可以实现化学链燃烧技术中原料的高转化率。同时，本专利技术提供的制备方法还具有制备工艺简单，载氧体含量可控、均匀性好、耐高温、强度高、再生性强等优点，相对比较常见的以氧化铝为惰性载体的载氧体，具有更多的晶格缺陷，易于降低活化能、提高反应速度。附图说明图1是本专利技术实施例1中所制备的载氧体的XRD图谱；图中可以看到，制备的载氧体成分为氧化铁和镁铝尖晶石。图2是本专利技术实施例1中所制备的载氧体在TGA上的转化率随时间变化图。图3是本专利技术实施例2中所制备的载氧体在TGA上的转化率随时间变化图。其中，X＝(mox-m)/(mox-mred)式中：m：样品质量mred：还原态样品质量mox：氧化态样品质量图2中表示以镁铝尖晶石MgAl2O4为惰性载体，以Fe2O3为活性组分的载氧体。图3中表示以MgAl2O4为惰性载体，以CuO为活性组分的载氧体。具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术，但不以此为限。作为优选，本专利技术提供一种以MgAl2O4作为惰性载体的载氧体制备方法，制备时，以异丙醇铝作为反应原料，在一定温度下进行一段时间后，通过水解和缩聚反应，可以形成稳定、均匀的溶胶体系，硝酸镁以及活性金属盐溶液，可以保持其稳定、均匀的状态。上述获得的溶胶经过陈化、干燥、煅烧，即可得到所需的载氧体颗粒。其中上述制备方法涉及的反应包括：水解反应：Al(OR)3+xH2O→Al(OR)3-x(OH)x+xROH缩聚反应：2Al(OR)3-x(OH)x→[Al(OR)3-x(OH)x-1]2O+H2O(OR)3-x(OH)x-1AlOH+ROAl(OR)2-x(OH)x→(OR)3-x(OH)x-1Al-O-Al(OR)2-x(OH)x+ROH上述反应式中R代表异丙基（-CH(CH3)2）。加入Mg(NO3)2溶液后，硝酸镁与异丙醇铝溶胶溶液充分混合，在干燥和煅烧过程中形成MgAl2O4。实施例1：取56.7g异丙醇铝，将异丙醇铝加入500ml水中，90℃，条件下开始水解。按照最终煅烧生成的Al2O3:MgO为1:1的比例称取Mg(NO3)2·6H2O，并用适量的水溶解。待异丙醇铝水解3小时后，敞口挥发水解的生成的异丙醇，然后将Mg(NO3)2溶液缓慢加入，然后加入硝酸溶液，继续水解18小时。取225.5gFe(NO3)3*9H2O溶于适量的去离子水中。待异丙醇铝充分水解后，将Fe(NO3)3溶液缓慢加进去，混合均匀后，在90℃条件下保持3小时。将样品置于烘箱中干燥，程序升温煅烧。最终煅烧温度为1000℃，即可得到所需要的载氧体。该载氧体以MgAl2O4为惰性载体，以Fe2O3为活性组分，其中Fe2O3占活性组分的70%。实施例2：取56.7g异丙醇铝，将异丙醇铝加入500ml水中，90℃条件下开始水解。按照最终煅烧生成的Al2O3:MgO为1:1的比例称取Mg(NO3)2·6H2O，并用适量的水溶解。待异丙醇铝水解2小时后，敞口挥发水解的生成的异丙醇，然后将Mg(NO3)2溶液缓慢加入，然后加入硝酸溶液，继续水解12小时。取115.6gu(NO3)3*9H2O溶于适量的去离子水中。待异丙醇铝充分水解后，将Cu(NO3)3溶液缓慢加进去，混合均匀后，在90℃条件下保持2小时。将样品置于烘箱中干燥，程序升温煅烧。最终煅烧温度为1000℃，即可得到所需要的载氧体。该载氧体以MgAl2O4为惰性载体，以CuO为活性组分，其中CuO占活性组分的70%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高稳定性载氧体颗粒，其特征在于，载氧体以铝镁尖晶石作为惰性载体负载活性金属氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性载氧体颗粒，其特征在于，载氧体以铝镁尖晶石作为
惰性载体负载活性金属氧化物。
2.如权利要求1所述的载氧体颗粒，其特征在于，所述铝镁尖晶石中
的Al2O3:MgO的重量比为1:1。
3.如权利要求2所述的载氧体颗粒，其特征在于，所述活性金属氧化
物为氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化铈或氧化镍。
4.如权利要求1-3中任一所述的载氧体颗粒，其特征在于，所述活性
氧化物占载氧体总重量的4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，王首都，胡月，祝捷，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11