一种Fe基制氢载氧体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Fe基载氧体的制备方法，其包括如下步骤：(a)取拟薄水铝石粉末均匀分散于无机盐水溶液中，搅拌得到酸性胶体；b)将沉淀剂溶于去离子水中得到碱液；(c)将碱液滴加到酸性胶体中反应得到铁铝沉淀混浆；(d)将混浆老化；(e)对铁铝混浆进行洗涤抽滤后得到湿前驱体，干燥后研磨得到前驱体粉末；(f)将胶溶剂、助挤剂溶于去离子水得到捏合液；(g)将捏合液滴加到前驱体粉末和黏结剂中不断挤压捏合，得到湿粉团；(h)将湿粉团挤成粗细均匀的湿条状物，处理得到生坯；(i)将该生坯高温焙烧得到Fe基载氧体。本发明专利技术得到的Fe基载氧体具有活性组分与氧化铝粒子结合紧密、机械强度高的特点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种Fe基制氢载氧体的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种Fe基制氢载氧体的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，近80％的世界能源消费依赖于传统化石燃料(煤、石油和天然气等)。燃烧化石燃料造成大量CO2排放，加剧温室效应，所以人们试图寻求绿色、环保的新能源来代替传统化石能源。氢能因其具有能量密度高、燃烧产物绿色无污染等优点，被认为是未来最有前途的环境友好能源之一。因此，如何高效、可持续的产氢是实现氢能广泛应用的关键问题。与传统制氢工艺相比，化学链制氢(chemical looping hydrogen:CLH)是一种利用载氧体作为纯氧来源的新工艺，由于其具有系统简化、碳捕获的优越特性，引起了科研工作者极大的关注而被广泛研究。
[0003]化学链制氢是一个以氧化还原反应为基础，通过选择合适的载氧体在不同反应器之间循环交替实现氢气制取的过程。以下以载氧体参与反应方程式为例说明该过程：
[0004]燃料反应器4Fe2O3+CH4→
8FeO+2H2O+CO2[0005]蒸汽反应器:
[0006]空气反应器:
[0007]其中载氧体不仅为整个制氢过程提供晶格氧，实现氧传递，还参与反应提供热量，实现热量转移。在此过程中，氧的转移、参与化学反应以及与器壁的碰撞会使得载氧体自身磨损破裂。因此，为了使整个制氢过程得以正常连续进行，载氧体应具备较高的机械强度(例如：载氧体的径向颗粒强度不低于50N/cm)、良好的氧输送能力等性能。
[0008]Fe基载氧体具有价格低廉、绿色环保、储量丰富和释氧能力强等特点，是适合应用于载氧体领域的良好材料，并且Fe2O3/Fe3O4和Fe3O4/FeO分别具有强弱不同的氧化能力。因此，Fe基载氧体在化学链制氢系统中得到了广泛的应用。常见的载氧体制备主要通过机械混合法，该方法制备的载氧体虽然具有较高的强度，但由于前驱体是通过物理混合方法所获得的，所以存在活性组分与其他氧化物粒子间结合不紧密等问题。为此亟需在制备方面进行优化，在满足机械强度的前提下，解决粒子间结合不紧密等问题。
[0009]基于上述Fe基制氢载氧体的特性和存在问题，本专利技术报道了一种新制备方法以合成具有高机械强度性能的Fe基载氧体，以解决载氧体在使用中易破碎和Fe2O3活性组分与氧化铝粒子结合不紧密等问题。上述问题的解决对提升制氢技术的经济性具有重要意义。

技术实现思路

[0010]针对现有Fe基载氧体制备方法存在的问题与不足，本专利技术的目的是要提供一种新的Fe基制氢载氧体制备方法，本专利技术得到的Fe基载氧体具有Fe2O3活性组分与氧化铝粒子结合紧密、机械强度高、制备方法简单等特点。
[0011]以下对解决上述问题所采用的技术方案进行说明。
[0012]第一方面，本专利技术提供了一种Fe基载氧体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0013](a)取拟薄水铝石粉末加入无机盐水溶液中，搅拌0.5～5h使其均匀分散得到酸性胶体；所述无机盐为硝酸铁九水化合物和硝酸铝九水化合物；以硝酸铁九水化合物、硝酸铝九水化合物和拟薄水铝石的总质量为100％计，硝酸铁九水化合物的质量占比为20～25％，硝酸铝九水化合物的质量占比为63～70％，拟薄水铝石粉末的质量占比为8～13％；
[0014](b)将沉淀剂溶于去离子水中，搅拌至溶解得到碱液；所述沉淀剂是NH4HCO3、(NH4)2CO3和无水Na2CO3中的一种，碱液浓度为1mol/L～5mol/L；
[0015](c)在温度30～95℃下将碱液滴加到酸性胶体中，控制pH值范围在7～11，得到铁铝沉淀混浆；
[0016](d)将铁铝沉淀混浆置于30～95℃环境中老化10～30min；
[0017](e)对老化后的铁铝沉淀混浆进行洗涤抽滤后得到湿前驱体，并将其置于30～120℃条件下干燥5～12h，然后研磨得到前驱体粉末；
[0018](f)将胶溶剂、助挤剂溶于去离子水得到捏合液；所述胶溶剂是柠檬酸和硝酸中的组合；所述助挤剂是聚乙二醇400、田菁粉、甲基纤维素和多元羧酸的一种或多种组合；所述捏合液中，胶溶剂和助挤剂的质量百分含量分别为1wt％～5wt％和1wt％～10wt％；
[0019](g)取步骤(e)得到的前驱体粉末和黏结剂混合，将捏合液按一定比例滴加到前驱体粉末和黏结剂的混合物中，不断挤压捏合，使粉体颗粒充分与捏合液混合均匀，得到湿粉团；所述黏结剂是拟薄水铝石或者拟薄水铝石和蒙脱土二者的混合，所述前驱体粉末与黏结剂的质量比为1：0.2～0.5(优选1:0.3)；所述捏合液与前驱体粉末和黏结剂的混合物的水粉质量比为0.5～2，优选1.1；
[0020](h)将湿粉团挤成粗细均匀的湿条状物，并在30～100℃条件下处理6～12h得到生坯；
[0021](i)将该生坯置于600～1100℃高温焙烧处理4
‑
6h(优选5h)得到所述Fe基载氧体。
[0022]本专利技术所述的载氧体主要含Al2O3和Fe2O3，其中Fe2O3为活性组分。
[0023]进一步，步骤(a)中所述的无机盐水溶液优选通过如下方法配制：将含Fe无机盐和含Al无机盐分别用去离子水配成浓度为0.2mol/L～0.3mol/L(更优选0.25mol/L)的含Fe无机盐溶液和含铝无机盐溶液，然后将两种溶液混合得到无机盐水溶液。
[0024]进一步，步骤(b)中所述的沉淀剂优选(NH4)2CO3。
[0025]进一步，步骤(b)中所述碱液浓度优选为1mol/L～3mol/L，更优选2mol/L。
[0026]进一步，步骤(d)中所述老化时间优选10～30min，更优选10min。
[0027]进一步，步骤(e)中所述前驱体粉末的粒度范围优选140～160目。
[0028]进一步，步骤(f)中所述助挤剂优选聚乙二醇400。
[0029]进一步，步骤(f)中所述胶溶剂优选硝酸和柠檬酸的混合质量比为1：1～2。
[0030]更进一步，步骤(f)中，所述的捏合液由硝酸、柠檬酸、聚乙二醇400和去离子水配制得到，其中硝酸、柠檬酸、聚乙二醇400和去离子水的比例以68wt％浓硝酸、柠檬酸、聚乙二醇400和去离子水的质量比计为10.5：12.2：21：454。
[0031]进一步，步骤(g)中所述黏结剂优选拟薄水铝石和蒙脱土混合，更优选拟薄水铝石和蒙脱土的混合质量比为2：1。
[0032]进一步，步骤(g)中所述捏合液与前驱体粉末和黏结剂的混合物的水粉质量比为
1.0
‑
1.5，更优选1.1。
[0033]进一步，步骤(i)中所述高温焙烧气氛优选为空气，焙烧温度优选为1000℃，时间优选5h。
[0034]本专利技术制备得到的Fe基载氧体的径向颗粒强度不低于50N/cm。
[0035]与现有技术比较，本专利技术具有以下优点：
[0036](1)本专利技术报道的Fe基载氧体在前驱体制备时添加了拟薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe基载氧体的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：(a)取拟薄水铝石粉末加入无机盐水溶液中，搅拌0.5～5h使其均匀分散得到酸性胶体；所述无机盐为硝酸铁九水化合物和硝酸铝九水化合物；以硝酸铁九水化合物、硝酸铝九水化合物和拟薄水铝石的总质量为100％计，硝酸铁九水化合物的质量占比为20～25％，硝酸铝九水化合物的质量占比为63～70％，拟薄水铝石粉末的质量占比为8～13％；(b)将沉淀剂溶于去离子水中，搅拌至溶解得到碱液；所述沉淀剂是NH4HCO3、(NH4)2CO3和无水Na2CO3中的一种，碱液浓度为1mol/L～5mol/L；(c)在温度30～95℃下将碱液滴加到酸性胶体中，控制pH值范围在7～11，得到铁铝沉淀混浆；(d)将铁铝沉淀混浆置于30～95℃环境中老化10～30min；(e)对老化后的铁铝沉淀混浆进行洗涤抽滤后得到湿前驱体，并将其置于30～120℃条件下干燥5～12h，然后研磨得到前驱体粉末；(f)将胶溶剂、助挤剂溶于去离子水得到捏合液；所述胶溶剂是柠檬酸和硝酸中的组合；所述助挤剂是聚乙二醇400、田菁粉、甲基纤维素和多元羧酸的一种或多种组合；所述捏合液中，胶溶剂和助挤剂的质量百分含量分别为1wt％～5wt％和1wt％～10wt％；(g)取步骤(e)得到的前驱体粉末和黏结剂混合，将捏合液按一定比例滴加到前驱体粉末和黏结剂的混合物中，不断挤压捏合，使粉体颗粒充分与捏合液混合均匀，得到湿粉团；所述黏结剂是拟薄水铝石或者拟薄水铝石和蒙脱土二者的混合，所述前驱体粉末与黏结剂的质量比为1：0.2～0.5；所述捏合液与前驱体粉末和黏结剂的混合物的水粉质量比为0.5～2；(h)将湿粉团挤成粗细均匀的湿条状物，并在30～100℃条件下处...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚楠，林畅，石玉林，张磊，张皓然，李正甲，杨林颜，岑洁，
申请(专利权)人：浦江思欣通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：