一种高熵氧化物氧载体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高熵氧化物氧载体及其制备方法和应用。本发明专利技术高熵氧化物氧载体化学式为(Co

【技术实现步骤摘要】
一种高熵氧化物氧载体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于氢气制备
，尤其涉及一种高熵氧化物氧载体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]现阶段化学链分解水/CO2技术普遍存在以下技术难题：低温下晶格氧活性低导致燃料转化率低；高温下氧载体容易烧结失活，无法有效循环利用。尽管通过掺杂改性在一定程度上改善了氧活性及稳定性，但要实现工业化应用依然面临反应温度较高所导致的能耗高、设备投资大等问题。
[0003]作为近几年刚发展起来的一种新型氧化物体系，高熵氧化物(HEOs)打破了传统掺杂氧化物的设计理念，备受科学界的广泛关注。一方面，由于该体系具有高构型熵(Configuration Entropy)，易形成简单的固溶体结构；另一方面，各主元倾向于混乱排列，其化学组成处于无序状态，从而导致各方面性能有别于传统掺杂氧化物，往往展现意想不到的性能，被称为鸡尾酒效应。目前，已有诸多研究表明其具有高强度、高韧性、良好的高/低温稳定性能、优异的催化性能等。尤其在能源制备与存储及催化材料方面具有很大的应用前景。
[0004]但目前的高熵氧化物依然存在低温下晶格氧活性低导致燃料转化率低等缺陷，因此，有必要对此进行改进。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种高熵氧化物氧载体及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种高熵氧化物氧载体，其化学式为(Co
x
Ca
y
Cu
z
Al
r
Mg
s
)Fe2O4，其中，x:y:z:r:s为(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.5)。
[0007]第二方面，本专利技术还提供了一种所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]将Co源、Ca源、Cu源、Al源、Mg源、Fe源加入至柠檬酸中，然后再加入聚乙二醇和水，搅拌，得到凝胶；
[0009]将凝胶干燥后煅烧，即得高熵氧化物氧载体。
[0010]优选的是，所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，煅烧温度为900～1100℃、煅烧时间为8～12h。
[0011]优选的是，所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，将Co源、Ca源、Cu源、Al源、Mg源、Fe源加入至柠檬酸中，然后再加入聚乙二醇和水，于90～100℃下搅拌，得到凝胶。
[0012]优选的是，所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，将凝胶于100～110℃下干燥后煅烧，即得高熵氧化物氧载体。
[0013]优选的是，所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，所述Co源包括硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的至少一种；
[0014]所述Ca源包括硝酸钙、硫酸钙、氯化钙中的至少一种；
[0015]所述Cu源包括硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的至少一种；
[0016]所述Al源包括硝酸铝、硫酸铝、氯化铝中的至少一种；
[0017]所述Mg源包括硝酸镁、硫酸镁、氯化镁中的至少一种；
[0018]所述Fe源包括硝酸铁、硫酸铁、氯化铁中的至少一种。
[0019]优选的是，所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，所述Co源中Co离子、Ca源中Ca离子、Cu源中Cu离子、Al源中Al离子、Mg源中Mg离子、Fe源中Fe离子、柠檬酸、聚乙二醇的摩尔比为(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.5):2:(0.5～2):(0.5～1)。
[0020]第三方面，本专利技术还提供了一种所述的高熵氧化物氧载体或所述的制备方法制备得到的高熵氧化物氧载体化学链重整制备合成气与氢气的应用。
[0021]优选的是，所述的应用，包括：将高熵氧化物氧载体置于反应器中，对反应器加热，向反应器中通入燃料，经过反应，得到合成气；
[0022]反应结束后，继续向反应器通入水蒸汽，经过反应得到H2。
[0023]优选的是，所述的应用对反应器加热使反应器温度为600～900℃；控制燃料的流量为0.03～0.07mL/min，水蒸汽的流量为0.03
‑
0.07mL/min。
[0024]本专利技术的一种高熵氧化物氧载体及其制备方法和应用相对于现有技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术高熵氧化物氧载体化学式为(Co
x
Ca
y
Cu
z
Al
r
Mg
s
)Fe2O4，其为一种高熵氧化物尖晶石型氧载体，针对目前尖晶石型化学链制氢技术的三大难题：低温下晶格氧活性低，氢气产量低；高温下氧载体容易烧结失活，无法有效循环利用；在H2O气氛下无法再生，需添加氧气反应器，设备复杂，本专利技术提供的高熵氧化物氧载体取得了不错的效果，在800℃生产了99.9％纯度的氢气，并可在分解CO2的30个循环实验中未见明显衰减。(在化学链技术中，传统的CoFe2O4尖晶石在相同条件下氢产率与产量均较少，在10个CO2分解循环实验中载氧量减少逾50％)。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术的高熵氧化物氧载体应用时实验原理图
[0028]图2为实施例1中制备得到的高熵氧化物氧载体(HEO)、CoFe2O4的XRD图谱，以及高熵氧化物氧载体(HEO)和CoFe2O4经过一个循环后的XRD图谱；
[0029]图3为实施例1中制备得到的高熵氧化物氧载体以及普通CoFe2O4尖晶石，在不同反应温度(600℃、800℃)下合成气过程中各气体产率以及制氢过程中H2产率；
[0030]图4为普通CoFe2O4尖晶石在H2还原，CO2氧化，O2氧化气氛下10个循环热重图；
[0031]图5为实施例1中高熵氧化物氧载体在H2还原，CO2氧化，O2氧化气氛下30个循环热重图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]为了更好地理解本专利技术而不是限制本专利技术的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵氧化物氧载体，其特征在于，其化学式为(Co
x
Ca
y
Cu
z
Al
r
Mg
s
)Fe2O4，其中，x:y:z:r:s为(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.25):(0.1～0.5)。2.一种如权利要求1所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Co源、Ca源、Cu源、Al源、Mg源、Fe源加入至柠檬酸中，然后再加入聚乙二醇和水，搅拌，得到凝胶；将凝胶干燥后煅烧，即得高熵氧化物氧载体。3.如权利要求2所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，其特征在于，煅烧温度为900～1100℃、煅烧时间为8～12h。4.如权利要求2所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，其特征在于，将Co源、Ca源、Cu源、Al源、Mg源、Fe源加入至柠檬酸中，然后再加入聚乙二醇和水，于90～100℃下搅拌，得到凝胶。5.如权利要求2所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，其特征在于，将凝胶于100～110℃下干燥后煅烧，即得高熵氧化物氧载体。6.如权利要求2～5任一所述的高熵氧化物氧载体的制备方法，其特征在于，所述Co源包括硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：许婷婷，钟明轩，王训，刘冬，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：