一種含鈣銅基復(fù)合載氧體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含鈣銅基復(fù)合載氧體及其制備方法。所述載氧體由CuO和CaO組成，其中CuO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為95%，CaO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%。本發(fā)明采用溶膠凝膠法，控制適宜的反應(yīng)條件，制備出粒徑均勻，分散度好的含鈣銅基復(fù)合載氧體；本發(fā)明含鈣銅基復(fù)合載氧體的制備方法簡單，制備出的復(fù)合載氧體具有較快的反應(yīng)速率，釋氧速率得到明顯提升。
【專利說明】一種含鈣銅基復(fù)合載氧體及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學(xué)鏈氧解耦系統(tǒng)中載氧體顆粒的制備【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種復(fù)合 氧化物載氧體及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 溫室氣體排放帶來的全球變暖問題正在引起人們的重視。C02作為最主要的溫室 氣體，研究co 2減排技術(shù)迫在眉睫。煙氣中的〇)2常常被大量氮?dú)庀♂專琧o2的分離與回收 成本很高。在燃燒過程中生成高濃度的co 2或便于co2分離的氣相混合物，同時(shí)消除其他 污染物的生成、排放是一條有效途徑。化學(xué)鏈燃燒（Chemical-Looping Combustion,簡稱 CLC)正是具有上述特性的一種新型燃燒方式，已經(jīng)受到了較多的關(guān)注。
[0003] 化學(xué)鏈燃燒（chemical looping combustion)的基本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空 氣的直接反應(yīng)，通過載氧體的作用分解為兩步氣固反應(yīng)，燃料不直接與空氣接觸，而是通過 氧載體在兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器之間來完成氧的轉(zhuǎn)移，兩個(gè)反應(yīng)器分別為空氣反應(yīng)器與燃料反 應(yīng)器，化學(xué)鏈燃燒實(shí)現(xiàn)了燃料化學(xué)能的梯級(jí)利用。
[0004] 載氧體為化學(xué)鏈燃燒的媒介，在兩個(gè)反應(yīng)器之間進(jìn)行循環(huán)，不停的把空氣反應(yīng)器 中生成的氧和反應(yīng)生成的熱量傳遞到燃料反應(yīng)器中進(jìn)行還原反應(yīng)，因此，載氧體的性能直 接影響了整個(gè)化學(xué)鏈燃燒的運(yùn)行。
[0005] 目前，載氧體的主要研究集中在附4〇、(：11、(：〇、]\111等過渡金屬的氧化物，以及硫酸 鹽載氧體和鈣鈦礦型載氧體等。金屬氧化物載氧體由于具有較高的反應(yīng)性和耐高溫的優(yōu)點(diǎn) 而受到了廣泛的關(guān)注，但還存在著反應(yīng)速率不夠快等缺點(diǎn)。
[0006] 王杰、王文舉等.化學(xué)鏈燃燒技術(shù)中載氧體的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2012， 32(11): 13-17.中提出CuO載氧體在高溫下活性和循環(huán)穩(wěn)定性降低，容易出現(xiàn)燒結(jié)，反應(yīng) 速率不夠快等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種含鈣CuO復(fù)合載氧體顆粒 及其制備方法和應(yīng)用。CuO載氧體具有較高的活性和較大的載氧能力，CuO和碳反應(yīng)為放熱 反應(yīng)，能夠減小燃料反應(yīng)器中的能量需求。但CuO較低的熔點(diǎn)使得其在高溫下活性和循環(huán) 穩(wěn)定性降低，容易出現(xiàn)燒結(jié)，在CuO載氧體顆粒中添加 CaO通過溶膠凝膠法得到粒徑均勻， 反應(yīng)速率較快的含鈣CuO復(fù)合載氧體。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種含鈣CuO復(fù)合載氧體，所述 載氧體由CuO和CaO組成，其中CuO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為95%，CaO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，此比例 可充分提升復(fù)合載氧體的反應(yīng)性能。
[0009] -種含鈣CuO復(fù)合載氧體的制備方法，包括以下步驟： 步驟1 :將Ca (N03) 2溶液滴加到Cu (N03) 2溶液中，攪拌至混合均勻； 步驟2 :再加入檸檬酸溶液，70-80°C下邊蒸發(fā)邊攪拌至混合液形成濕凝膠； 步驟3 :濕凝膠干燥后變?yōu)楦赡z； 步驟4 :將干凝膠置于50(TC下煅燒至有機(jī)物充分燃燒和硝酸鹽完全分解，再升溫至 800°C，活化載氧體； 步驟5 :將步驟4得到的顆粒研磨、篩分即可得到含鈣銅基復(fù)合載氧體。
[0010] 其中，步驟1中所述的Cu(N03)2和Ca(N0 3)2的質(zhì)量比為21. 38:1。
[0011] 步驟2中所述的檸檬酸與Cu原子的摩爾比為2:1。
[0012] 步驟3中干燥條件為105°C下干燥24小時(shí)。
[0013] 步驟4中煅燒條件為500°C下煅燒5小時(shí)，升溫至800°C后，活化5小時(shí)。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：（一）本發(fā)明采用溶膠凝膠法，控制適宜的反 應(yīng)條件，制備出粒徑均勻，分散度好的含鎂銅基復(fù)合載氧體。（二)本發(fā)明含鈣銅基復(fù)合載氧 體的制備方法簡單，制備出的復(fù)合載氧體具有較快的反應(yīng)速率和較高的釋氧質(zhì)量，釋氧速 率和釋氧質(zhì)量得到明顯提升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明復(fù)合載氧體通過管式爐得出的單位質(zhì)量載氧體釋氧轉(zhuǎn)化率曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明： 一種含鈣銅基復(fù)合載氧體，所述載氧體由CuO和CaO組成，其中CuO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 95%，CaO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%。
[0017] 上述載氧體通過以下步驟制備： 步驟1 :將Ca (N03) 2溶液滴加到Cu (N03) 2溶液中，攪拌至混合均勻； 步驟2 :再加入檸檬酸溶液，70-80°C，邊蒸發(fā)邊攪拌至混合液形成濕凝膠； 步驟3 :濕凝膠干燥后變?yōu)楦赡z； 步驟4 :將干凝膠置于50(TC，煅燒至有機(jī)物充分燃燒和硝酸鹽完全分解，再升溫至 800°C，活化載氧體； 步驟5 :將步驟4得到的載氧體顆粒研磨、篩分即可得到含鈣銅基復(fù)合載氧體。
[0018] 步驟1中所述的(：11(吣3)2和〇&(吣 3)2的質(zhì)量比為21.38:1。
[0019] 步驟2中所述的檸檬酸與Cu原子的摩爾比為2:1。
[0020] 步驟3中干燥條件為105°C下干燥24小時(shí)。
[0021] 步驟4中煅燒條件為500°C下煅燒5小時(shí)，升溫至800°C后，活化5小時(shí)。
[0022] -種含鈣銅基復(fù)合載氧體的制備方法，包括以下步驟： 步驟1 :將Ca (N03) 2溶液滴加到Cu (N03) 2溶液中，攪拌至混合均勻； 步驟2 :再加入檸檬酸溶液，70-80°C下邊蒸發(fā)邊攪拌至混合液形成濕凝膠； 步驟3 :濕凝膠干燥后變?yōu)楦赡z； 步驟4 :將干凝膠置于50(TC下煅燒至有機(jī)物充分燃燒和硝酸鹽完全分解，再升溫至 800°C，活化載氧體； 步驟5 :將步驟4得到的載氧體顆粒研磨、篩分即可得到含鈣銅基復(fù)合載氧體。
[0023] 步驟1中所述的Cu(N03)2和Ca(N03) 2的質(zhì)量比為21. 38:1，步驟2中所述的檸檬 酸與Cu原子的摩爾比為2:1。
[0024] 步驟3中干燥條件為105°C下干燥24小時(shí)。
[0025] 步驟4中煅燒條件為500°C下煅燒5小時(shí)，升溫至800°C后，活化5小時(shí)。
[0026] 本實(shí)施例中的原料為分析純Cu(N03)2產(chǎn)品；絡(luò)合劑為分析純檸檬酸；摻雜的金屬 硝酸鹽為分析純Ca (N03) 2。
[0027] 實(shí)施例1 : 取28. 62 g Cu(N03)2 ·3Η20放入500 ml的燒杯中，加入100 ml的蒸餾水，然后把燒杯 置于帶有恒溫水浴的磁力攪拌器上，攪拌速度為400 rpm。取2. 13g Ca(N03)2 · 4H20放入 100 ml的燒杯中，加入50 ml的蒸餾水，攪拌至完全溶解。然后把硝酸鈣溶液滴加到硝酸銅 溶液中，邊滴加邊攪拌。取49. 87 g檸檬酸，放入有100 ml蒸餾水的燒杯中攪拌至全部溶 解，待上述溶液攪拌均勻后，緩慢的加入檸檬酸溶液，邊滴加邊攪拌。攪拌6個(gè)小時(shí)后，溶液 已經(jīng)脫水變?yōu)檎吵頎畹臐衲z。將濕凝膠置于105 °C的鼓風(fēng)干燥箱中，干燥24小時(shí)后，燒 杯內(nèi)濕凝膠變?yōu)楦赡z。將干凝膠取出，置于500 °C的馬弗爐中煅燒5小時(shí)至檸檬酸和硝 酸鹽完全分解，再將馬弗爐升溫至800 °C，恒溫焙燒5小時(shí)，用于活化載氧體，再將載氧體 顆粒研磨、篩分得到復(fù)合金屬氧化物載氧體，其中CuO的質(zhì)量含量為95wt. %，CaO的含量為 5wt. %。如圖1所示，本發(fā)明含鈣銅基復(fù)合載氧體與不參雜CaO相比，釋氧速率和釋氧質(zhì)量 明顯提商。
【權(quán)利要求】
1. 一種含I丐銅基復(fù)合載氧體，其特征在于：所述載氧體由CuO和CaO組成，其中CuO的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為95%，CaO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈣銅基復(fù)合載氧體，其特征在于所述載氧體通過以下步驟 制備： 步驟1 :將Ca (N03) 2溶液滴加到Cu (N03) 2溶液中，攪拌至混合均勻； 步驟2 :再加入檸檬酸溶液，70-80°C，邊蒸發(fā)邊攪拌至混合液形成濕凝膠； 步驟3 :濕凝膠干燥后變?yōu)楦赡z； 步驟4 :將干凝膠置于50(TC，煅燒至有機(jī)物充分燃燒和硝酸鹽完全分解，再升溫至 800°C，活化載氧體； 步驟5 :將步驟4得到的載氧體顆粒研磨、篩分即可得到含鈣銅基復(fù)合載氧體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鈣銅基復(fù)合載氧體，其特征在于：步驟1中所述的Cu (N03) 2 和Ca(N03)2的質(zhì)量比為21. 38:1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鈣銅基復(fù)合載氧體，其特征在于：步驟2中所述的檸檬酸 與Cu原子的摩爾比為2:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鈣銅基復(fù)合載氧體，其特征在于：步驟3中干燥條件為 105°C下干燥24小時(shí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鈣銅基復(fù)合載氧體，其特征在于：步驟4中煅燒條件為 500°C下煅燒5小時(shí)，升溫至800°C后，活化5小時(shí)。
7. -種含鈣銅基復(fù)合載氧體的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1 :將Ca (N03) 2溶液滴加到Cu (N03) 2溶液中，攪拌至混合均勻； 步驟2 :再加入檸檬酸溶液，70-80°C下邊蒸發(fā)邊攪拌至混合液形成濕凝膠； 步驟3 :濕凝膠干燥后變?yōu)楦赡z； 步驟4 :將干凝膠置于50(TC下煅燒至有機(jī)物充分燃燒和硝酸鹽完全分解，再升溫至 800°C，活化載氧體； 步驟5 :將步驟4得到的載氧體顆粒研磨、篩分即可得到含鈣銅基復(fù)合載氧體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的含鈣銅基復(fù)合載氧體的制備方法，其特征在于：步驟1中所 述的Cu (N03) 2和Ca (N03) 2的質(zhì)量比為21. 38:1，步驟2中所述的檸檬酸與Cu原子的摩爾比 為 2:1。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的含鈣銅基復(fù)合載氧體的制備方法，其特征在于：步驟3中干 燥條件為l〇5°C下干燥24小時(shí)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的銅含鈣基復(fù)合載氧體的制備方法，其特征在于：步驟4中煅 燒條件為500°C下煅燒5小時(shí)，升溫至800°C后，活化5小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C10L10/00GK104119984SQ201410385734
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】王文舉, 程明, 張彬 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)