[发明专利]具有核壳结构的CaSO4复合氧载体制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，具体涉及一种以CaSO₄为核过渡金属氧化物为壳的复合氧载体制备方法。

背景技术

控制和减少燃料燃烧过程CO₂的排放，对于应对全球变暖和温室效应具有重要的作用。化学链燃烧技术，作为一种空气和燃料非混合燃烧技术，既可以实现燃料燃烧尾部烟气中CO₂的有效分离，根除燃料燃烧时NO_x的产生，还能提高燃料的燃烧效率，受到了密切关注和广泛研究。

氧载体是化学链燃烧技术应用的前提和基础。当前应用比较广泛的金属氧载体主要分为金属和非金属氧载体两类。金属氧载体主要包括NiO、Fe₂O₃、CuO、Mn₃O₄、CoO等，而非金属氧载体则主要有CaSO₄、BaSO₄和SrSO₄，其中尤以CaSO₄的应用居多。金属氧载体尽管总体上反应活性高，但是晶格氧容量低，即使以晶格氧容量最高的NiO为例，其还原为Ni时晶格氧容量也只有0.214，而且成本高，对环境具有潜在的二次污染；与上述金属氧载体相比，采用上述硫酸盐非金属氧载体时，尽管其晶格氧容量比较高，以CaSO₄为例，被还原为CaS时其晶格氧容量为0.47，是NiO氧容量的2倍还多，而且价格低廉，但是该类氧载体的最大缺陷是反应活性非常低。

因此，综合两种氧载体的优势，制备CaSO₄与金属氧化物构成的复合氧载体，在化学链燃烧领域具有很好的发展前景。

发明内容

本发明提供了具有核壳结构的CaSO₄复合氧载体制备方法，能够制备出具有高氧容量、高反应活性和良好抗烧结性能的核壳结构CaSO₄复合氧载体。

具有核壳结构的CaSO₄复合氧载体制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属硝酸盐和有机物加入去离子水，搅拌均匀得到混合溶液；

(2)将CaSO₄粉末和醇加入去离子水，搅拌均匀得到悬浮液；

(3)将所述混合溶液和悬浮液混合，加热条件下搅拌形成粘稠的溶胶；

(4)依次对溶胶干燥、点火、烧结，得到复合氧载体。

所述CaSO₄与金属硝酸盐的质量比为0.67～4∶1。

所述有机燃料为柠檬酸或甘氨酸或尿素。

所述有机物与金属硝酸盐的化学计量系数比为0.5～1.5。

所述醇为乙二醇或甲醇或乙醇或丙醇。

所述醇与CaSO₄的质量比为1～6∶1；

所述步骤(3)采用水浴加热，加热温度为75～80℃。

所述干燥温度为100～120℃，点火温度为500-650℃，烧结温度为800-1000℃。

所述金属硝酸盐为硝酸镍或硝酸铁或硝酸铜或硝酸锰或硝酸钴。

本发明提出以CaSO₄为壳、活性金属氧化物壳的复合氧载体制备方法，采用镍、铁、铜、锰、钴金属硝酸盐作为氧化剂及活性金属氧化物的前置物及，尿素、柠檬酸、甘氨酸等作为有机燃料及络合剂，各类醇作为CaSO₄粉末的溶剂以及辅助有机燃料，从而把溶胶-凝胶法和燃烧合成法有机结合，在较低的温度下就可以引发反应，并利用反应自身放热维持反应的持续进行，显示出快速高效、能耗低等诸多优点，并最终可以得到高纯、超细、均匀的复合氧载体，具有极大的应用前景，具体优点如下：

(1)就所用的原料而言，所用的金属硝酸盐及CaSO₄原料广泛，价格低廉；

(2)从制备方法方面看，快速高效、能耗低，便于大批量工业化生产；

(3)所制备的CaSO₄复合氧载体，氧容量高，在化学链燃烧中，与定量的燃料反应时，氧载体使用量能够有效减少；

(4)所制备的CaSO₄复合氧载体，具有较好的反应活性，有利于燃料充分氧化生成CO₂，避免燃料不完全反应时CO、H₂等不凝气体的产生，有利于尾部烟气中CO₂的有效分离；