[发明专利]一种高活性CaO基双功能材料及其制备方法与应用

说明书

本公开涉及双功能钙基材料技术领域，具体提供一种高活性CaO基双功能材料及其制备方法与应用。所述CaO基双功能材料包括以下组分：CaO、CeO₂、Ca₁₂Al₁₄O₃₃和Ca₂Fe₂O₅。其制备方法包括如下步骤：(1)将石灰石加入蒸馏水中，并搅拌；(2)向搅拌之后的悬浊液中加入含有羧基的溶液，待混合物稳定后，过滤，然后干燥得到固体物料；(3)室温下固体物料，加入蒸馏水并搅拌至完全溶解；溶液加入铝盐、铈盐并搅拌；(4)溶液置于通风干燥箱中干燥，完全干燥后获得固体物料；(5)固体物料在空气气氛下燃烧，获得固体物料；(6)室温下称量赤泥，混合均匀，即得。解决现有技术中高活性CaO基材料在使用中仍存在捕集CO₂性能、循环稳定性和强化生物质气化制氢性能低问题。

技术领域

本公开涉及双功能钙基材料技术领域，具体提供一种高活性CaO基双功能材料及其制备方法与应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

目前，生物质水蒸气气化技术被认为是一种比较有前景的制氢技术，水蒸气作为气化介质可以提供大量的氢元素从而提高制氢效果，其反应方程式如(1)式所示。但是，传统的生物质水蒸气气化由于受制于反应平衡，气化产气中H₂浓度与产量仍然较低。生物质水蒸气气化与CO₂吸收剂如CaO的碳酸化/煅烧(钙循环)技术相结合，即吸收强化生物质水蒸气气化(SE-SGB)技术。其利用CaO基材料作为吸收剂，原位捕集生物质气化产气中的CO₂，如(2)式所示。因此，根据勒夏特列原理，生物质气化反应平衡被打破，使反应朝制氢方向进行，提高制氢性能。生成的CaCO₃与未反应的生物质焦被送入煅烧炉，其中CaCO₃通过燃料的富氧燃烧，在较高温度(高于900℃)下分解为CaO与CO₂，CO₂的浓度可达95％以上。因此，SE-SGB技术可以实现CaO的再生与CO₂的富集，再生之后的CaO可以循环利用，进行下一次循环的强化生物质气化制氢。因此，基于钙循环的SE-SGB技术可以同时解决制取H₂与CO₂捕集两个关键问题。

然而，在多次的SE-SGB循环过程中，由于煅烧过程中的CO₂分压力与煅烧温度较高，CaO基材料的捕集CO₂性能会由于烧结而迅速下降，使强化生物质气化制氢的效果下降。

然而，发明人发现，为了在SE-SGB循环中获得较高的捕集CO₂性能与强化制氢性能，需要向系统中定期加入新鲜的CaO基材料，使成本与运行的能耗增加。并且，天然CaO基材料，如石灰石、白云石并不能对生物质水蒸气气化过程中的一系列反应起到催化作用。赤泥作为一种工业固废，目前主要通过填埋进行处置，而赤泥的主要成分为Fe₂O₃，其对于生物质气化具有催化作用。因此，有必要对提高CaO基材料的抗烧结性能、催化制氢性能以及赤泥的资源化利用进行进一步研究。

发明内容

针对现有技术中高活性CaO基材料在使用中仍存在捕集CO₂性能、循环稳定性和强化生物质气化制氢性能低等问题。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种高活性CaO基双功能材料，所述CaO基双功能材料包括以下组分：CaO、CeO₂、Ca₁₂Al₁₄O₃₃和Ca₂Fe₂O₅。