一種高穩(wěn)定性載氧體顆粒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高穩(wěn)定性載氧體顆粒及其制備方法，惰性載體為鎂鋁尖晶石；活性組分可為化學鏈燃燒領(lǐng)域的常見活性金屬氧化鐵、氧化銅、氧化錳、氧化鈰、氧化鎳、氧化鈷等等。本發(fā)明的制備工藝簡單，通過對載氧體惰性載體的改善，提高了載氧體的循環(huán)性能和機械強度，可以實現(xiàn)化學鏈燃燒技術(shù)中原料的高轉(zhuǎn)化率。
【專利說明】一種高穩(wěn)定性載氧體顆粒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學鏈燃燒系統(tǒng)中載氧體顆粒的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種適用于化學鏈燃燒技術(shù)，由金屬氧化物作為載氧體的載氧體顆粒的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]化學鏈燃燒技術(shù)是一種新型的無焰燃燒技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)點是燃料在其燃燒的過程中，氧原子由載氧體實現(xiàn)從氧氣向燃料的傳遞，在使用含碳燃料時產(chǎn)物只有CO2和H2O,通過簡單的冷凝就可以較低的能源消耗實現(xiàn)CO2的減排，與此同時也徹底根除了各類NOJA生成。此外，由于載氧體在反應器之間循環(huán)，實現(xiàn)了熱量的傳遞，有效提高了化學鏈燃燒系統(tǒng)的效率?；瘜W鏈燃燒技術(shù)具有高效、清潔和經(jīng)濟的特點，而載氧體的制備和選取是實現(xiàn)化學鏈燃燒技術(shù)的關(guān)鍵。載氧體在化學鏈燃燒技術(shù)中起到傳遞氧和熱量的作用，因此載氧體的性能直接影響整個化學鏈燃燒系統(tǒng)的運行，要求載氧體具備高反應活性、高循環(huán)活性的特點。目前常用的載氧體多為金屬氧化物，主要有N1、Fe、Co、Cu、Mn、Ce，惰性載體主要有A1203、ZrO2, MgAl204。不同的活性組分和惰性組分以及制備方法、燒結(jié)溫度都會對載氧體的性能產(chǎn)生影響?，F(xiàn)有技術(shù)中，載氧體的主要制備方法包括機械混合法、冷凍顆粒法、浸潰法等等。比較這些制備方法會發(fā)現(xiàn)，機械混合法制備的載氧體的機械性能和氧化率隨著循環(huán)次數(shù)的增加出現(xiàn)快速的退化并產(chǎn)生結(jié)塊現(xiàn)象；溶解法制備的載氧體的化學動力學和機械強度方面較好；冷凍顆粒法需要特殊的設備，制備過程比較復雜。浸潰法制備樣品比較簡單，但是活性組分含量低且無法精確控制。因此，對化學鏈燃燒技術(shù)而言，尋求設計一種高性能載氧體顆粒的制備方法是其成功實現(xiàn)的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種獲得耐高溫、均勻穩(wěn)定、強度高的載氧體。
[0004]進一步，本發(fā)明還提供了上述的載氧體的制備方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高穩(wěn)定性載氧體顆粒，載氧體以鋁鎂尖晶石作為惰性載體負載活性金屬氧化物。
[0006]優(yōu)選地,所述招鎂尖晶石中的Al2O3 = MgO的重量比為1:1。
[0007]優(yōu)選地，所述活性金屬氧化物為氧化鐵、氧化銅、氧化錳、氧化鈰或氧化鎳。
[0008]優(yōu)選地，所述活性氧化物占載氧體總重量的40%~80%。
[0009]進一步，上述載氧體顆粒制備方法，包括如下步驟:
[0010](1)將異丙醇鋁加入水中，通過水解揮發(fā)水解生成的異丙醇；水解溫度優(yōu)選75 0C~95 °C，水解時間為廣3小時；
[0011](2)將硝酸鎂溶解后，緩慢加入，攪拌均勻；然后加入硝酸溶液，繼續(xù)揮發(fā)水解的生成的異丙醇；水解時間為12~18小時；
[0012](3)待異丙醇鋁充分水解后，緩慢加入活性金屬鹽溶液；待充分混合，保持一段時間，優(yōu)選0.5^3小時；
[0013](4)燒結(jié)即可得到載氧體，其中，惰性組分為燒結(jié)而成的鋁鎂尖晶石。
[0014]本發(fā)明以鎂鋁尖晶石為惰性載體的載氧體，在反應過程中，因為鎂鋁尖晶石的特殊結(jié)構(gòu)，更容易保持化學成分和晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有更好的循環(huán)性能，可以實現(xiàn)化學鏈燃燒技術(shù)中原料的高轉(zhuǎn)化率。同時，本發(fā)明提供的制備方法還具有制備工藝簡單，載氧體含量可控、均勻性好、耐高溫、強度高、再生性強等優(yōu)點，相對比較常見的以氧化鋁為惰性載體的載氧體，具有更多的晶格缺陷，易于降低活化能、提高反應速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例1中所制備的載氧體的XRD圖譜；圖中可以看到，制備的載氧體成分為氧化鐵和鎂鋁尖晶石。
[0016]圖2是本發(fā)明實施例1中所制備的載氧體在TGA上的轉(zhuǎn)化率隨時間變化圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實施例2中所制備的載氧體在TGA上的轉(zhuǎn)化率隨時間變化圖。
[0018]其中，X= (mox-m) / (mox_mred)
[0019]式中:
[0020]m:樣品質(zhì)量
[0021]mred:還原態(tài)樣品質(zhì)量
[0022]mox:氧化態(tài)樣品質(zhì)量
[0023]圖2中表示以鎂鋁尖晶石MgAl2O4為惰性載體，以Fe2O3為活性組分的載氧體。圖3中表示以MgAl2O4為惰性載體，以CuO為活性組分的載氧體。
【具體實施方式】 [0024]下面通過實施例進一步說明本發(fā)明，但不以此為限。
[0025]作為優(yōu)選，本發(fā)明提供一種以MgAl2O4作為惰性載體的載氧體制備方法，制備時，以異丙醇鋁作為反應原料，在一定溫度下進行一段時間后，通過水解和縮聚反應，可以形成穩(wěn)定、均勻的溶膠體系，硝酸鎂以及活性金屬鹽溶液，可以保持其穩(wěn)定、均勻的狀態(tài)。上述獲得的溶膠經(jīng)過陳化、干燥、煅燒，即可得到所需的載氧體顆粒。其中上述制備方法涉及的反應包括:
[0026]水解反應:
[0027]Al (OR) 3+xH20 — Al (OR) 3_x (OH) x+xR0H
[0028]縮聚反應:
[0029]2A1 (OR) 3_x (OH) x — [Al (OR) 3_x (OH) X_J 20+H20
[0030](OR) 3_x (OH) ^AlOH+ROAl (OR) 2_x (OH) x — (OR) 3_x (OH) ^1Al-O-Al (OR) 2_x (OH) x+R0H
[0031]上述反應式中R代表異丙基(-CH(CH3)2X
[0032]加入Mg(NO3)2溶液后，硝酸鎂與異丙醇鋁溶膠溶液充分混合，在干燥和煅燒過程中形成MgAl2O4。
[0033]實施例1:
[0034]取56.7g異丙醇招,將異丙醇招加入500ml水中，90°C,條件下開始水解。按照最終煅燒生成的Al2O3 = MgO為1:1的比例稱取Mg(NO3)2.6H20，并用適量的水溶解。待異丙醇鋁水解3小時后，敞口揮發(fā)水解的生成的異丙醇，然后將Mg(NO3)2溶液緩慢加入，然后加入硝酸溶液，繼續(xù)水解18小時。取225.5gFe (NO3) 3*9H20溶于適量的去離子水中。待異丙醇鋁充分水解后，將Fe (NO3) 3溶液緩慢加進去，混合均勻后，在90°C條件下保持3小時。將樣品置于烘箱中干燥，程序升溫煅燒。最終煅燒溫度為1000°C，即可得到所需要的載氧體。該載氧體以MgAl2O4為惰性載體，以Fe2O3為活性組分，其中Fe2O3占活性組分的70%。
[0035]實施例2:
[0036]取56.7g異丙醇鋁，將異丙醇鋁加入500ml水中，90°C條件下開始水解。按照最終煅燒生成的Al2O3 = MgO為1:1的比例稱取Mg(NO3)2.6H20,并用適量的水溶解。待異丙醇鋁水解2小時后，敞口揮發(fā)水解的生成的異丙醇，然后將Mg(NO3)2溶液緩慢加入，然后加入硝酸溶液，繼續(xù)水解12小時。取115.6gu(N03)3*9H20溶于適量的去離子水中。待異丙醇鋁充分水解后，將Cu (NO3) 3溶液緩慢加進去，混合均勻后，在90°C條件下保持2小時。將樣品置于烘箱中干燥，程序升溫煅燒。最終煅燒溫度為1000°C，即可得到所需要的載氧體。該載氧體以MgAl2O4為惰性載體，以CuO為活性組分，其中CuO占活性組分的70%。
【權(quán)利要求】
1.一種高穩(wěn)定性載氧體顆粒，其特征在于，載氧體以鋁鎂尖晶石作為惰性載體負載活性金屬氧化物。
2.如權(quán)利要求1所述的載氧體顆粒，其特征在于，所述鋁鎂尖晶石中的Al2O3= MgO的重量比為1:1。
3.如權(quán)利要求2所述的載氧體顆粒，其特征在于，所述活性金屬氧化物為氧化鐵、氧化銅、氧化錳、氧化鈰或氧化鎳。
4.如權(quán)利要求1-3中任一所述的載氧體顆粒，其特征在于，所述活性氧化物占載氧體總重量的40%~80%。
5.如權(quán)利要求1-4中任一所述的載氧體顆粒制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將異丙醇鋁加入水中，水解一段時間后，揮發(fā)水解生成的異丙醇； (2)將硝酸鎂溶解后， 緩慢加入，攪拌均勻；然后加入硝酸溶液,繼續(xù)水解； (3)待異丙醇鋁充分水解后，緩慢加入活性金屬鹽溶液；待充分混合，保持一段時間； (4)燒結(jié)即可得到載氧體，其中，惰性組分為燒結(jié)而成的鋁鎂尖晶石。
【文檔編號】C10L10/00GK103834455SQ201210487286
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月26日
【發(fā)明者】王偉, 王首都, 胡月, 祝捷 申請人:清華大學