[发明专利]一种La-Cu-Mn系储氧-释氧材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种La‑Cu‑Mn系储氧‑释氧材料及其制备方法与应用，属于材料技术领域；本发明La‑Cu‑Mn系储氧‑释氧材料化学通式为La_xCu_1‑xMnO_3‑δ，其中，0.1≤x≤0.95，0＜δ＜3；采用溶胶‑凝胶法制备La‑Cu‑Mn系储氧‑释氧材料。本发明的La‑Cu‑Mn系储氧‑释氧材料在化学链重整制氢反应中具有高反应活性和热稳定性，具有较高的产氢率、较好的抗积碳性能和高的CH₄转化率。

技术领域

本发明涉及一种La-Cu-Mn系储氧-释氧材料及其制备方法与应用，属于材料技术领域。

背景技术

氢是一种理想的洁净可再生能源，它具有高能量密度和零排放的优点。 地球上3/4的表面被海洋覆盖，资源丰富，是天然的氢矿。此外，氢在各行各业都得到了广泛应用，包括原油精炼、化学品生产、航空航天、金属冶炼、食品加工等。因此，氢是理想的燃料和能源载体。目前，已有多种技术被提出并应用于生产氢气，包括传统的水电解，蒸汽甲烷重整和化学链蒸汽重整。化学链蒸汽重整是洁净、高效的新一代制氢技术。

化学链蒸汽重整耦合了晶格氧部分氧化制合成气与分解水制氢的技术优势，反应过程分为两个部分。第一部分是用甲烷还原氧载体，获得H₂/CO摩尔比为2.0的合成气；第二部分是以水蒸气为氧源对氧载体进行再生进而得到纯氢气。化学链蒸汽重整的一个关键挑战是选择具有合适性能的氧载体：更高的CH₄转化率、H₂产率、热稳定性和抗积碳性能。LaMnO₃氧载体在化学链蒸汽重整过程中具有较高的产氢率和较好的抗积碳性能，但CH₄转化率和热稳定性较差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种La-Cu-Mn系储氧-释氧材料及其制备方法与应用，本发明La-Cu-Mn系储氧-释氧材料在化学链重整制氢反应中具有高反应活性和热稳定性。

一种La-Cu-Mn系储氧-释氧材料，化学通式为La_xCu_1-xMnO_3-δ，其中，0.1≤x≤0.95，0＜δ＜3。

La-Cu-Mn系储氧-释氧材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硝酸镧、硝酸铜、硝酸锰和柠檬酸加入到去离子水中得到混合溶液A；

（2）将步骤（1）所得混合溶液A温度为30~100℃条件下搅拌1~10h得到溶胶B；

（3）将步骤（2）得到的溶胶B置于温度为60~200℃条件下恒温处理8~36h得到凝胶C；

（4）将凝胶C置于温度为200~600℃条件下进行一次高温恒温煅烧1~3.5h，再置于温度为700~1000℃条件下进行二次高温恒温煅烧1.5~4h得到La-Cu-Mn系储氧-释氧材料；

所述步骤（1）中硝酸镧、硝酸铜、硝酸锰和柠檬酸的摩尔比为x:(1-x):1:(0.1~10)，0.1≤x≤0.95，混合溶液A中硝酸锰的浓度为0.1~2mol/L；

La-Cu-Mn系储氧-释氧材料作为化学链重整制氢反应的氧载体。

本发明的有益效果：

（1）本发明制备出了La-Cu-Mn系储氧-释氧材料在化学链重整制氢反应中具有高反应活性和热稳定性，具有较高的产氢率和较好的抗积碳性能和高的CH₄转化率；

（2）本发明将Cu负载于LaMnO₃载体上，获得了高反应活性和热稳定性的化学链重整制氢氧载体，并证实了Cu与LaMnO₃载体在甲烷活化、氧离子扩散、抗积碳和水分子解离等方面存在协同作用。

具体实施方式