[发明专利]一种自调节铁氧体材料及其制备方法和应用

摘要

本发明提供一种自调节铁氧体材料及其制备方法和应用，所述自调节铁氧体材料为含可变价的铁离子为基础的复合金属氧化物，化学组成通式为：MxFe3‑xO4，其中，x=1.5~2.7，M选自Ni、Mg和Co中的一种或多种，M/(M+Fe)的摩尔比在0.5至0.9之间。本发明通过点缺陷传输和离子扩散，所述自调节铁氧体材料可以自主调节体表和体相的氧化还原势，形成了以Fe3+/Fe2+氧化还原对为基础的动态循环，用于热化学直接分解二氧化碳或者水制备一氧化碳或者氢气，显著降低直接分解二氧化碳或者水所需的超高温度，具有在较低温度下分解活性高且稳定，寿命长的优点。

主权项

1.一种自调节铁氧体材料，其特征在于，所述自调节铁氧体材料为含可变价的铁离子为基础的复合金属氧化物，化学组成通式为：M_xFe_3‑xO₄，其中，x＝1.5～2.7，M选自Ni、Mg和Co中的一种或多种，M/(M+Fe)的摩尔比在0.5至0.9之间。

2.如权利要求1所述的自调节铁氧体材料，其特征在于，所述自调节铁氧体材料存在随氧化学势变化的以Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原对为基础的动态循环。

3.如权利要求1或2所述的一种自调节铁氧体材料的制备方法，其特征在于，选自以下之任一：

制备方法一：采用共沉淀法，按照自调节铁氧体材料中各元素的摩尔比配制Fe可溶性盐和M可溶性盐的混合盐溶液，加入沉淀剂进行共沉淀，老化；然后，将沉淀物洗涤和过滤，最后干燥和焙烧，即得到所述自调节铁氧体材料；

制备方法二：采用物理混合法，按照自调节铁氧体材料中各元素的摩尔比称取Fe以及M的金属氧化物，用球磨法或者研钵混碾法将金属氧化物充分混合均匀后焙烧，即得到所述自调节铁氧体材料；

制备方法三：采用溶胶凝胶法，按照自调节铁氧体材料中各元素的摩尔比配制Fe可溶性盐和M可溶性盐的混合盐溶液，加入络合剂，待溶解充分后，加入分散剂，搅拌待凝胶生成后干燥，焙烧，即得到所述自调节铁氧体材料。

4.如权利要求3所述的一种自调节铁氧体材料的制备方法，其特征在于，制备方法一中，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)Fe可溶性盐选自Fe的硝酸盐、Fe的硫酸盐、Fe的醋酸盐和Fe的氯酸盐中的至少一种；

2)M可溶性盐选自M的硝酸盐、M的硫酸盐、M的醋酸盐和M的氯酸盐中的至少一种；

3)所述混合盐溶液浓度为0.1‑2.5mol/L；

4)所述沉淀剂浓度为0.5‑2mol/L；

5)所述沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和碳酸钠中的一种或多种；

6)老化时间为2‑12h；

7)老化的pH为8‑10；

8)洗涤、过滤至pH值为中性；

9)干燥温度为80‑120℃；

10)焙烧温度为600‑1000℃；

11)焙烧时间为2‑10h。

5.如权利要求3所述的一种自调节铁氧体材料的制备方法，其特征在于，制备方法二中，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)焙烧温度为800‑1200℃；

2)焙烧时间为1‑5h。

6.如权利要求3所述的一种自调节铁氧体材料的制备方法，其特征在于，制备方法三中，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)Fe可溶性盐选自Fe的硝酸盐和Fe的氯酸盐中的至少一种；

2)M可溶性盐选自M的硝酸盐和M的氯酸盐中的至少一种；

3)所述混合盐溶液浓度为0.1‑1mol/L；

4)所述络合剂选自柠檬酸、环氧丙烷、草酸和乙二胺四乙酸中的至少一种；

5)所述分散剂选自乙二醇、脲和乙醇中的至少一种；

6)络合剂的摩尔数，与Fe、M的总摩尔数的比值为1:1‑10:1；

7)分散剂跟络合剂的质量比为1:3‑4:1；

8)在70‑90℃下加入络合剂；

9)干燥温度为100‑150℃；

10)焙烧温度为500‑900℃；

11)焙烧时间为2‑8h。

7.如权利要求1或2所述的一种自调节铁氧体材料用于热化学直接分解二氧化碳制备一氧化碳，或者，用于热化学直接分解水制备氢气。

8.如权利要求7所述的用途，其特征在于，具体反应过程为：将所述自调节铁氧体材料在惰性气氛中升温进行活化，然后在惰性气氛下降温，通入二氧化碳或者水进行分解反应，得到一氧化碳或者氢气。

9.如权利要求8所述的用途，其特征在于，活化温度为1300‑1500℃。

10.如权利要求8所述的用途，其特征在于，活化时间为10‑60min。

11.如权利要求8所述的用途，其特征在于，分解反应温度为1100‑1400℃。

12.如权利要求1或2所述的一种自调节铁氧体材料用于三效催化反应、化学链式反应或甲烷部分氧化反应。