Yb1‑xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了稀土元素掺杂Yb1‑xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料的制备方法，采用了固态反应法制备了稀土元素掺的Yb1‑xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料，该方法包括：与现有技术相比，该方法制备的Yb1‑xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料具有工作温度低、氧吸附量大、氧吸附/脱附速率快、循环稳定性高等优点。该方法具有简单易行、成本低、方便快速、制备的样品纯度高等优点，可大规模化生产等优点。

Yb

The present invention provides rare earth doped Yb

【技术实现步骤摘要】
Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料的制备方法
本专利技术属于功能材料制备
，特别涉及稀土元素掺杂的Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料的制备方法。
技术介绍
作为导致全球变暖的最重要的温室气体，二氧化碳（CO2）的减排、回收、固定和利用问题已经成为全球关注的热点课题。除了大力发展新能源、提高能效、提倡节能之外，解决现有化石燃料所产生的CO2排放问题更具有现实意义。2001年，国际能源机构提出了将现有化石燃料产生的CO2捕获起来，集中存储于废弃矿井、油田以及海洋底部的应对方案。常规空气燃烧方式排放的烟气中含有大量的氮气，CO2浓度较低，导致CO2捕获效率低下，成本较高。因此，如果能够提高燃烧尾气中CO2的浓度，将会使回收成本大幅度降低。富氧燃烧（也称O2/CO2燃烧）就是在这一背景下产生的燃烧新技术。该技术利用纯氧和部分尾气构成的O2/CO2混合气代替空气作为氧化剂，燃料燃烧后的主要产物为CO2和H2O，除水之后尾气中CO2的浓度高达95%以上，无需分离就可以实现CO2捕集与封存。该技术还能够减少排烟热损失，提高锅炉效率，减少NOx和SO2等污染物的排放，是一项高效节能、环境友好的燃烧方式。虽然富氧燃烧具有如此显著的优点，但由于其工艺过程中需要纯氧，导致运行成本增加。因此，能否降低富氧燃烧工艺中氧气的生产成本是决定该技术能否被应用的关键。目前工业上大规模制备氧气的办法是深冷空气分离制氧，它的主要缺点是能量消耗大和投资成本高。鉴于此，近年来人们一直在探索一种可以取代深冷空分法的制氧方法。基于陶瓷吸附剂的富氧燃烧O2/CO2混合气制取技术给陶瓷吸附剂开辟了一个广阔的应用前景。目前广泛研究的氧分离材料主要有：Ba0.95Ca0.05Co0.8Fe0.2O3-δ、La0.2Sr0.8Co0.8Fe0.2O3-δ、SrFeCo0.5O3-δ，这些氧分离材料具有良好的氧吸附/脱附性能，但是这些氧分离材料只有在较高温度下（800-1000℃）才有较为可观的氧吸附/脱附行为。而工作温度过高不仅能源消耗过大，同时容易破坏材料的结构对氧分离材料的实际应用非常不利。当前研究的陶瓷氧吸附剂用于制备O2/CO2混合气时面临两个主要问题：一是操作温度高，耗能量较大；二是氧脱附速率相对较慢，产氧效率低。因此，如果能够开发出氧吸附量大、氧吸附/脱附速率快、操作温度低、循环稳定性高的陶瓷氧吸附剂材料，则必将促进O2/CO2混合气制取以及富氧燃烧技术的快速发展。因此，探索在较低温度下就有较活跃的氧吸附/脱附行为的新型材料是发展新型氧分离材料的关键。RBaCo4O7（R代表稀土元素）是新合成的一类氧化物，具有非常奇特的氧存储与氧释放能力。在200-1000ºC的温度区间内，当在空气或氧气中加热时，该材料在200-400ºC和600-1000ºC温区间内存在两个快速的吸氧和放氧过程，200ºC吸附的氧在400ºC可以释放；600ºC吸附的氧在1000ºC可以释放。该类材料储氧能力巨大，储氧量和储氧温度连续可调。这一特性在气体分离、氧存储、氧传感器、氧化还原催化剂、富氧燃烧吸附剂材料等领域具有重要的应用价值，但该类材料在低温氧吸附/脱附性能较差，研究者提出了采用稀土元素掺杂方法来改善RBCo4O7材料的低温的氧吸附/脱附特性，但该类材料作为富氧燃烧吸附剂材料的文献鲜有报道。本专利技术提供了稀土元素掺杂Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料及其制备方法，该方法制备的稀土元素掺杂Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料，具有工作温度较低，耗能量较小；同时氧脱附速率相对较快，产氧效率高等优点。同时目前制备稀土元素掺杂Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料样品的资料鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术提出稀土元素掺杂Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料及其制备方法，解决了现有陶瓷富氧燃烧吸附剂用于制备O2/CO2混合气时面临两个主要问题：一是操作温度高，耗能量较大；二是氧脱附速率相对较慢，产氧效率低。实现本专利技术的技术方案是：一种稀土元素掺杂的Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料的制备方法，步骤如下：（1）将原料BaCO3、Co3O4、Yb2O3、M2O3采用球磨机对混合粉体进行球磨，其中M2O3为Ce2O3、Gd2O3、Tb2O3中的任意一种；（2）将步骤（1）球磨后混合样品放在箱式炉内，在空气气氛中以2-10oC/min加热至800-1100°C进行煅烧，保持5-15小时；（3）将步骤（2）中煅烧的粉末进行球磨，球磨后用粉末压片机压片，压片后样品在空气气氛中加热至1000-1200°C段煅烧，保持10-30小时；（4）将步骤（3）中煅烧样品降至室温，得到Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料。步骤（1）所述的BaCO3、Co3O4、Yb2O3、M2O3中Ba、Co、Yb、M的物质的量之比是1:4：（0.8-0.95）：（0.05-0.2）。步骤（1）和步骤（2）采用球磨机进行球磨，料球比为1:（1.1-1.8），球磨时间为1-7小时。Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料在低温条件下制备O2/CO2混合气体。本专利技术的有益效果是：采用固态反应法制备稀土元素掺杂的Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料，该类材料具有工作温度较低，耗能量较小；氧脱附速率相对较快，产氧效率高等优点，可实现低温条件下作为富氧燃烧吸附剂材料制备O2/CO2混合气，同时该方法具有简单易行、成本低、方便快速等优点，可规模化生产。附图说明图1为实施例1、2制备得到的富氧燃烧吸附剂材料在340℃下用O2/CO2切换过程中氧吸附/脱附行为。具体实施方式实施例1稀土元素掺杂Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料及其制备方法，其步骤为：采用固态反应法制备稀土元素掺杂Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料。（1）将原料BaCO3、Co3O4、Yb2O3、Ce2O3采用球磨机对混合粉体进行球磨，料球比为1:1.8，球磨时间为7小时，其中Ba、Co、Yb、M的物质的量之比是1:4：0.8：0.2。；（2）将步骤（1）球磨后混合样品放在箱式炉内，在空气气氛中以10oC/min加热至1100°C进行煅烧，保持15小时；（3）将步骤（2）中煅烧的粉末进行球磨，球磨后用粉末压片机压片，压片后样品在空气气氛中加热至1200°C段煅烧，保持10小时；（4）将步骤（3）中煅烧样品快速降至室温，得到Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料。图1为实施例1、2制备得到的富氧燃烧吸附剂材料在340℃下用O2/CO2切换过程中氧吸附/脱附行为。从图中看到当富氧燃烧吸附剂材料在气体O2时，样品开始吸氧，当气体从O2切换为CO2时，样品开始脱氧。以上结果表明在低温条件下在O2/CO2切换中可以实现氧吸附/脱附行为。以上结果表明该类材料可用于富氧燃烧吸附剂材料，可实现在较低温条件下制备O2/CO2混合气体。实施例2稀土元素掺杂Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料及其制备方法，其步骤为：（1）将原料BaCO3、Co3O4、Yb2O3、Ce2O3采用球磨机对混合粉体进行球磨，料球比为1:1.1，球磨时间为1小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Yb

【技术特征摘要】
1.一种Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）将原料BaCO3、Co3O4、Yb2O3、M2O3采用球磨机对混合粉体进行球磨，其中M2O3为Ce2O3、Gd2O3、Tb2O3中的任意一种；（2）将步骤（1）球磨后混合样品放在箱式炉内，在空气气氛中以2-10oC/min加热至800-1100°C进行煅烧，保持5-15小时；（3）将步骤（2）中煅烧的粉末进行球磨，球磨后用粉末压片机压片，压片后样品在空气气氛中加热至1000-1200°C段煅烧，保持10-30小时；（4）将步骤（3）中煅烧样品降至室温，得到Yb1-xMxBaCo4O7富氧燃烧吸附剂材料。2.权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵利敏，郝好山，程永光，王娇，刘少辉，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南,41