一種微波水熱法制備納米鐵酸銅復(fù)合載氧體的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于化學(xué)鏈燃燒【技術(shù)領(lǐng)域】的一種微波水熱法制備納米鐵酸銅復(fù)合載氧體的方法。本發(fā)明的方法將硝酸銅和硝酸鐵溶解于去離子水中，然后進(jìn)行超聲處理，并滴加過量的氨水/尿素溶液，調(diào)節(jié)PH，離心分離并將沉淀清洗至中性，之后將沉淀放入反應(yīng)釜內(nèi)，加入分散劑，并加去離子水至反應(yīng)釜容積的2/3-3/4處，反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，在150-220℃下加熱10-20h，然后冷卻到室溫，干燥之后即得到納米鐵酸銅。采用水熱合成法制備的鐵酸銅不僅顆粒大小均勻、晶粒發(fā)育完整、無團(tuán)聚，而且反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)溫度低。應(yīng)用本發(fā)明制備的鐵酸銅在化學(xué)鏈燃燒具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種微波水熱法制備納米鐵酸銅復(fù)合載氧體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)鏈燃燒【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種微波水熱法制備納米鐵酸銅復(fù)合載氧體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣候和氣候變化對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類進(jìn)步產(chǎn)生了極大的影響，已成為國際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)和重點(diǎn)問題。而CO2造成的溫室效應(yīng)占全部溫室效應(yīng)的64%，發(fā)展CO2捕捉和存儲(chǔ)技術(shù)已變得十分必要?；瘜W(xué)鏈燃燒是一項(xiàng)非常具有前途的CO2捕捉技術(shù)，具有成本低、高效性、環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)，近年來正受到越來越多的關(guān)注。
[0003]載氧體是化學(xué)鏈燃燒成功的關(guān)鍵因素之一，它在化學(xué)鏈燃燒中一方面?zhèn)鬟f燃料燃燒所需的氧，另一方面向燃料反應(yīng)器傳遞能量。目前常用的載氧體有NiO、CuO, Fe2O3等，各有優(yōu)缺點(diǎn)。Fe2O3資源分布廣泛、成本低、環(huán)境友好但反應(yīng)活性和載氧率低，CuO反應(yīng)活性高但價(jià)格較高。單一的載氧體已不能滿足化學(xué)鏈燃燒的需要，于是許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)將CuFe2O4作為載氧體是很不錯(cuò)的選擇。一方面由于CuFe2O4具有很好的活性和載氧能力，另一方面CuFe2O4價(jià)格適中，并且CuO與燃料的反應(yīng)是一個(gè)放熱過程，不需要額外的能量。
[0004]但是通過傳統(tǒng)煅燒方法制備出的CuFe2O4顆粒不均勻，容易發(fā)生團(tuán)聚，反應(yīng)性能較差。水熱法是指在特制的密閉反應(yīng)容器中，以水作為介質(zhì)，通過對(duì)反應(yīng)體系加熱，使反應(yīng)體系產(chǎn)生一個(gè)高溫高壓的環(huán)境，在此環(huán)境下許多化合物表現(xiàn)出與常溫不同的性質(zhì)，如溶解度增大、離子活度增強(qiáng)、化合物晶體結(jié)構(gòu)易轉(zhuǎn)型等，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并且重結(jié)晶，再經(jīng)過分離和熱處理得到產(chǎn)物的一種方法。它具有原料低廉易得，成顆粒純度高，分步均勻，晶型容易控制等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種微波水熱法制備納米鐵酸銅復(fù)合載氧體的方法，該方法制備鐵酸銅具有反應(yīng)活性高、顆粒分布均勻、不易發(fā)生團(tuán)聚等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]利用本發(fā)明制備納米鐵酸銅包含以下步驟:
[0007]—種微波水熱法制備納米鐵酸銅復(fù)合載氧體的方法，包括以下步驟:
[0008]I)將鐵鹽和銅鹽以2:1的摩爾比混合溶解于去離子水中，超聲，使之混合均勻；
[0009]2)在上述溶液中滴加過量的氨水或尿素調(diào)節(jié)PH使其沉淀完全，繼續(xù)超聲；
[0010]3)將沉淀離心分離，并用去離子水清洗至中性；
[0011]4)把沉淀物放入反應(yīng)釜中，加入分散劑，再加入去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；
[0012]5)自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸銅。
[0013]步驟I)中所述超聲的時(shí)間為45_90min。
[0014]步驟I)中所述鐵鹽為硝酸鐵，所述銅鹽為硝酸銅。
[0015]步驟2)中所述超聲的時(shí)間為60_120min。[0016]步驟2)中所述PH為10-12。
[0017]步驟4)所述分散劑為聚乙二醇或十二烷基三甲基溴化銨，其用量為與去離子水的體積比為0.5-1/100。
[0018]步驟4)加入去離子水的量和沉淀量的體積和質(zhì)量比為100:3_5，其中體積以ml計(jì)，質(zhì)量以g計(jì)。
[0019]步驟4)中反應(yīng)釜的加熱溫度為150_220°C，反應(yīng)時(shí)間為10_20h。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)制備的納米鐵酸銅顆粒細(xì)小、晶粒發(fā)育完整、無團(tuán)聚，比表面積大；(2)制備過程反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)溫度低、晶型可控；(3)制備出的鐵酸銅在化學(xué)鏈燃燒領(lǐng)域具有廣闊的運(yùn)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為通本方案制備的納米鐵酸銅的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供了一種微波水熱法制備納米鐵酸銅復(fù)合載氧體的方法，下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0023]實(shí)施例1
[0024]取2.42gCu (NO3)2.3H20 和 8.08gFe (NO3)3.9H20 溶解于 200ml 去離子水里，超聲45min,混合均勻；
[0025]在溶液里滴加過量的氨水溶液直至溶液PH為10，使沉淀完全。繼續(xù)超聲60min ；
[0026]將沉淀用離心機(jī)分離，并用去離子水清洗至中性；
[0027]把沉淀物放入反應(yīng)釜中，添加Iml十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)表面活性劑進(jìn)行修飾，再加入200ml的去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，180°C保溫10h，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸銅。
[0028]以上述制備的納米鐵酸銅作為載氧體，如圖1所述。
[0029]將上述制備的載氧體顆粒篩分，取粒徑為100-150目的載氧體0.2g，在小型石英流化床進(jìn)行性能測(cè)試。氣體燃料的組成為:50%CH4，50%N2。反應(yīng)在850°C下進(jìn)行，先通入隊(duì)吹掃5min，然后通入CH4、N2的混合氣，保持lOmin，用氣體分析儀檢測(cè)排出的氣體成分，用XRD檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)組成。數(shù)據(jù)處理后得出CH4的轉(zhuǎn)化率達(dá)到96%，XRD檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)碳的存在。
[0030]實(shí)施例2
[0031]取2.42gCu (NO3)2.3H20 和 8.08gFe (NO3)3.9H20 溶解于 200ml 去離子水里，超聲60min,混合均勻；
[0032]在溶液里滴加過量的氨水溶液直至溶液PH為11，使沉淀完全。繼續(xù)超聲70min ；
[0033]用離心機(jī)分離沉淀，并用去離子水清洗至中性；
[0034]把沉淀物放入反應(yīng)釜中，添加Iml聚乙二醇(PEG)，再加入200ml的的去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，200°C保溫10h，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸銅載氧體。
[0035]將上述制備的載氧體顆粒篩分，取粒徑為100-150目的載氧體0.2g，在小型石英流化床進(jìn)行性能測(cè)試。氣體燃料的組成為:50%CH4，50%N2。反應(yīng)在850°C下進(jìn)行，先通入隊(duì)吹掃5min，然后通入CH4、N2的混合氣，保持lOmin，用氣體分析儀檢測(cè)排出的氣體成分，用XRD檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)組成。處理后數(shù)據(jù)得出CH4的轉(zhuǎn)化率達(dá)到97%，XRD檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)碳的存在。
[0036]實(shí)施例3
[0037]取2.42gCu (NO3)2.3H20 和 8.08gFe (NO3)3.9H20 溶解于 200ml 去離子水里，超聲90min，混合均勻；
[0038]在溶液里滴加過量的氨水溶液直至溶液PH=12，使沉淀完全。繼續(xù)超聲90min ；
[0039]用離心機(jī)分離沉淀，并用去離子水清洗至中性；
[0040]把沉淀物放入反應(yīng)釜中，添加Iml聚乙二醇(PEG)，再加入250ml的去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，220°C保溫20h，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸銅載氧體。
[0041]將上述制備的載氧體顆粒篩分，取粒徑為100-150目的載氧體0.2g，在小型石英流化床進(jìn)行性能測(cè)試。氣體燃料的組成為:50%C0，50%N2。反應(yīng)在850°C下進(jìn)行，先通入隊(duì)吹掃5min，然后通入CO、N2的混合氣，保持lOmin，用氣體分析儀檢測(cè)排出的氣體成分，用XRD檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)組成。數(shù)據(jù)處理后得出CH4的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%，XRD檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)碳的存在。
[0042]對(duì)比例
[0043]取2.42gCu (NO3)2.3H20 和 8.08gFe (NO3)3.9H20 溶解于 200ml 去離子水里，超聲90min，混合均勻。在溶液里滴加過量的氨水溶液直至溶液PH=12，使沉淀完全。繼續(xù)超聲90min。然后把沉淀過濾，并清洗至中性，放在馬弗爐內(nèi)煅燒4h，然后研磨即得到鐵酸銅。取
0.2g鐵酸銅做與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CH4的轉(zhuǎn)化率為86%，XRD發(fā)現(xiàn)無積碳存在。
【權(quán)利要求】
1.一種微波水熱法制備納米鐵酸銅復(fù)合載氧體的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將鐵鹽和銅鹽以2:1的摩爾比混合溶解于去離子水中，超聲，使之混合均勻； 2)在上述溶液中滴加過量的氨水或尿素調(diào)節(jié)PH使其沉淀完全，繼續(xù)超聲； 3)將沉淀離心分離，并用去離子水清洗至中性； 4)把沉淀物放入反應(yīng)釜中，加入分散劑，再加入去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物； 5)自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中所述超聲的時(shí)間為45-90min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中所述鐵鹽為硝酸鐵，所述銅鹽為硝酸銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述超聲的時(shí)間為60-120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述PH為10-12。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)所述分散劑為聚乙二醇或十二烷基三甲基溴化銨，其用量為與去離子水的體積比為0.5-1/100。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)加入去離子水的量和沉淀量的體積和質(zhì)量比為100:3-5，其中體積以ml計(jì)，質(zhì)量以g計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中反應(yīng)釜的加熱溫度為150-220°C，反應(yīng)時(shí)間為 10-20h。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK103466715SQ201310419811
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】覃吳, 李渠, 王磊, 董長青, 楊勇平 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)