一种通过化学链循环实现分解制造技术

本发明专利技术公开了一种通过化学链循环实现分解

【技术实现步骤摘要】
一种通过化学链循环实现分解CO2制取O2的方法


[0001]本专利技术涉及化学工程和能源工程
，尤其涉及一种通过化学链循环实现分解
CO2制取
O2的方法
。

技术介绍

[0002]利用太阳能等可再生能源将
CO2转化成可用的化学品，不仅能解决二氧化碳对环境的影响，也能够得到所需要的原料
。CO2转化主要分为物理手段和化学手段，生物
、
化学
、
光催化和电催化还原将
CO2转化为有价值的产品已被广泛研究
。
其中
CO2分解制氧技术，由于可以将温室气体
CO2转化为可利用的
O2，具有较大的研究价值
。
[0003]空间制氧是指在载人航天器上由二氧化碳制取氧气的技术
。
空间制氧的任务是从人体代谢二氧化碳制取氧气供给航天员使用，从而减轻长期空间飞行带来的氧气供应负担
。
目前空间制氧有一步制氧法
、
二步制氧法和三步制氧法，由于前两种制氧方法技术上难度较大，长期以来空间制氧的重点集中在三步制氧技术上，但该过程需要浓缩
CO2、
加氢制水
、
水电解制氢众多繁琐步骤，开发高效的空间制氧技术也迫在眉睫
。
[0004]太阳能是由太阳内部连续不断的核聚变反应过程所产生的能量，利用太阳能转化能源具有费用低
、
来源广
、
不污染环境等优点，通过太阳能集热提供热能，实现太阳能向化学能的高效转化，具有清洁
、
能量转换效率高等优点
。
金属氧化物两步热化学循环分解
CO2技术集太阳能转化与化学燃料制备于一体，是当前新能源领域的研究热点之一
。
中国专利
CN109317130A、CN103861597B
提到用热化学循环分解
CO2制
CO
的方法，采用铈锆固溶体复合金属氧化物和负载型尖晶石类化合物作为活性材料，实现分解
CO2制取
CO。
美国专利
US09580326B1
提到用共沉淀法制备
Ce
0.25
Zr
0.75
O2催化剂，用于热化学循环分解
CO2实验，在
2.2g
样品上
CO
的产率为
7.8mL。
以上过程均只涉及到第二步的
CO2分解过程，并未提及催化剂氧解耦过程中
O2的生成过程，并且两步热化学循环分解
CO2的工作还处在初级研究阶段，催化剂还存在还原温度高
、
释氧量少
、
循环性能差等缺点
。
化学链空气分离技术是一种新型的制氧技术，具有能耗低
、
成本低
、
操作简单
、
制氧纯度高等优点，通过载氧体的氧化还原功能实现氧气的制取，近年来也是研究的热点，热力学表明只有少数金属氧化物储氧体系能够实现这个循环，主要包括
ZnO/Zn
，
Fe3O4/FeO
，
CeO2/Ce2O3，
CuO/Cu
等
。
但目前中国文献以及专利中还没有关于化学链循环方法分解
CO2制
O2研究的报道
。
因此，开发高效的氧解耦释氧催化剂，通过化学链循环的方式将
CO2中的氧置换产生
O2，操作过程简单，不需要分离装置，具有较好的应用前景
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种通过化学链循环实现分解
CO2制取
O2的方法，本专利技术提供的方法简单易操作，以
CO2作为反应原料，通过化学链循环反应将
CO2中的氧原子置换到载氧体中，再通过载氧体的释氧功能释放，气体组分无需分离，可分步分别得到
CO
和
O2。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0007]一种通过化学链循环实现分解
CO2制取
O2的方法，包括化学链循环分解
CO2系统和化学链循环制
O2系统，具体包括如下步骤：
[0008](1)
钙钛矿型载氧体在惰性气氛下发生氧解耦反应释放出
O2，氧解耦反应温度为
850℃
‑
950℃
，反应时间为
25
‑
35min
，反应压力为
1atm
；
[0009](2)
经步骤
(1)
释放
O2后失去晶格氧的载氧体表面和内部形成大量氧空位，此时通入
CO2进行氧化反应，
CO2补充载氧体晶格氧的同时被分解生成
CO
，氧化反应温度为
850℃
‑
950℃
，反应时间为
25
‑
35min
，反应压力为
1atm
；
[0010](3)
恢复晶格氧的载氧体重新回到惰性气氛下进行氧解耦反应制
O2，实现氧原子从
CO2到
O2的置换；
[0011]步骤
(1)
‑
(3)
中氧解耦反应和氧化反应的能量来自太阳能，太阳能不足时采用电加热补充能量
。
[0012]本专利技术提出的载氧体通过氧解耦反应释放出氧气；释放晶格氧后处于还原状态的载氧体材料具有丰富的氧空位和较强还原性，此时与
CO2反应，裂解
CO2生成
CO
同时被氧化恢复到高价态状态，然后又循环回到释氧反应
。
通过化学链两步循环反应，将
CO2中的氧置换到载氧体中，再通过载氧体的氧解耦功能释放出来，不需要分离装置即可实现分解
CO2制取
O2。
[0013]优选地，步骤
(1)
所述的钙钛矿型载氧体的通式为
CuMO3，
M
为
Fe、Mn、Co、Ni
中的一种或几种
。
本专利技术提供的钙钛矿型载氧体材料，既可实现中低温条件下的释氧，又可以在还原态时具有强还原性分解
CO2，同时可以通过
CO2的氧化恢复晶格氧进行循环使用
。
[0014]本专利技术将
CO2中的氧置换到载氧体中，再通过载氧体的氧解耦功能释放出
O2的方法，通过两步反应实现分解
CO2制取
O2。
反应的方程式描述如下：
[0015]氧解耦过程：
CuMO3(s)
→
CuMO(s)+O2(g)
[0016]CO2分解过程：
CuMO(s本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种通过化学链循环实现分解
CO2制取
O2的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
钙钛矿型载氧体在惰性气氛下发生氧解耦反应释放出
O2，氧解耦反应温度为
850℃
‑
950℃
，反应时间为
25
‑
35min
，反应压力为
1atm
；
(2)
经步骤
(1)
释放
O2后失去晶格氧的载氧体表面和内部形成大量氧空位，此时通入
CO2进行氧化反应，
CO2补充载氧体晶格氧的同时被分解生成
CO
，氧化反应温度为
850℃
‑
950℃
，反应时间为
25
‑
35min
，反应压力为
1atm
；
(3)
恢复晶格氧的载氧体重新回到惰性气氛下进行氧解耦反应制
O2，实现氧原子从
CO2到
O2的置换；步骤
(1)
‑
(3)
中氧解耦反应和氧化反应的能量来自太阳能，太阳能不足时采用电加热补充能量
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
所述的钙钛矿型载氧体的通式为
CuMO3，
M
为
Fe、Mn、Co、Ni
中的一种或几种
。3.
根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵坤，郑安庆，王小波，黄振，林延，夏声鹏，刘安琪，赵增立，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：