CN103113954A - 一种超声波法制备生物油化学链制氢循环Fe2O3/ Al2O3载氧体的方法 - Google Patents

一种超声波法制备生物油化学链制氢循环Fe2O3/ Al2O3载氧体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种超声波法制备生物油化学链制氢循环Fe2O3/Al2O3载氧体的方法，将Fe(NO3)3·9H2O和γ-Al2O3制成混合溶液，依次经过超声波处理、干燥和煅烧得Fe2O3/Al2O3载氧体，超声波处理功率为100~500W，处理时间为15~90min。本发明将超声波引入传统浸渍法制备Fe2O3/Al2O3载氧体，采明显改善了铁基载氧体的表面形态，所得载氧体的颗粒细化、均匀；所得载体上的活性组分分散均匀度高，活性组分与惰性载体充分接触，从而使所得载氧体有较高的CLHG反应活性和热稳定性；且工艺和设备结构非常简单，可重复性好，易于实现工业化生产。

Description

一种超声波法制备生物油化学链制氢循环Fe2O3/ Al2O3载氧体的方法
技术领域
本发明涉及一种超声波法制备生物油化学链制氢循环Fe2O3/ Al2O3载氧体的方法。
背景技术
化学链燃烧（CLC）技术是一种新型燃烧概念，其原理是将传统的燃料与空气直接接触进行的燃烧反应，借助于载氧体分解为还原反应、氧化反应两个过程。化学链制氢（CLHG）是一种在化学链燃烧基础上发展而来的制氢技术，以氧化还原反应原理为基础，通过载氧体在燃料反应器和蒸汽反应器之间的循环交替以实现氢气的制取。生物油是通过生物质快速裂解制得的一种具有较高能量密度的原料，以生物油为原料用于化学链制取氢气为生物油的利用提供了一条新的途径。
CLHG系统成功实施与否很大程度上依赖于载氧体其载氧性能的优劣。国外很多学者研究开发了许多高效的金属载氧体，如Ni基、Cu基、Co基等，但是成本较高，制备工艺较复杂。铁基载氧体由于价格低廉，环境友好而被广泛研究，但其反应活性和载氧能力较差，所以对铁基载氧体改性是化学链制氢的研究重点。
目前铁基载氧体的制备方法大多为传统浸渍法，传统浸渍法在浸渍负载过程中由于传质推动力较小，导致活性组分负载量较小，且分散度不高。此外，传统浸渍法制备的载氧体比表面积也比较小，从而降低了载氧体的反应活性。基于以上原因，寻找开发低廉高效的铁基载氧体制备方法是CLHG系统的关键之处。
发明内容
本发明提供一种超声波法制备生物油化学链制氢循环Fe2O3/Al2O3载氧体的方法，克服了传统浸渍法活性组分负载量较小，分散度不高、反应活性低的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
    一种超声波法制备生物油化学链制氢循环Fe2O3/ Al2O3载氧体的方法，将Fe(NO3)3·9H2O和γ- Al2O3制成混合溶液，依次经过超声波处理、干燥和煅烧得Fe2O3/Al2O3载氧体，超声波处理功率为100~500W，处理时间为15~90min。
    Fe2O3/ Al2O3载氧体，Al2O3为惰性载体，以Fe2O3为活性组分。上述超声处理的温度为室温即可；上述制备溶液时所需的水的质量同现有技术。
为了提高载氧体的活性，所得Fe2O3/ Al2O3载氧体中Fe2O3的质量百分含量为5%~30%。
    为了提高所得载氧体的性能，上述干燥温度为100~120℃，时间为12~24小时；煅烧为：先在400~550℃下煅烧1~2小时，再在600~1000℃下焙烧2~3小时。
上述的Fe2O3/ Al2O3载氧体在生物油化学链制氢燃料反应器中的反应温度为600~1200℃，在蒸汽反应器中的温度为600~1200℃，燃料为生物油。
本发明未特别说明的均为现有技术。
有益效果：本发明将超声波引入传统浸渍法制备Fe2O3/Al2O3载氧体，采明显改善了铁基载氧体的的表面形态，所得载氧体的颗粒细化、均匀；所得载体上的活性组分分散均匀度高，活性组分与惰性载体充分接触，从而使所得载氧体有较高的CLHG反应活性和热稳定性；本发明方法原料来源丰富，价格低廉，环境友好；且工艺和设备结构非常简单，可重复性好，易于实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明Fe2O3/Al2O3载氧体制备工艺流程图；
图2为本发明超声浸渍法和传统浸渍法制备的铁基载氧体的XRD对比图谱；图中，(1) 为传统浸渍法所得的Fe2O3/Al2O3载氧体；(2) 为本发明超声浸渍法所得的Fe2O3/Al2O3载氧体；
图3为本发明超声浸渍法和传统浸渍法制备的铁基载氧体的SEM对比图谱；图中，(1) 为传统浸渍法所得的Fe2O3/Al2O3载氧体；(2) 为本发明超声浸渍法所得的Fe2O3/Al2O3载氧体；
图4为本发明超声浸渍法和传统浸渍法制备的铁基载氧体的微分孔径分布随平均孔径分布的变化曲线示意图；图中，Fe2O3/Al2O3 (T)为传统浸渍法所得的Fe2O3/Al2O3载氧体的变化曲线，Fe2O3/Al2O3 (U)为本发明超声浸渍法所得的Fe2O3/Al2O3载氧体的变化曲线。
具体实施方式
    实施例1：
在100ml烧杯加入50ml去离子水，再加入10.1g的九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）搅拌至完全溶解，随后边搅拌边加入8g的γ-Al2O3至溶液混合均匀。再将溶液置于超声波发生器内，用25kHz,300W的超声波处理15min。然后取出自然冷却后在110℃下干燥12h，再将前躯体研磨成粉末转入马弗炉中分阶段煅烧，先在550℃下焙烧1h，再升温至950℃下焙烧3h，升温速率为10℃/min，得到所需铁基载氧体。
实施例2：
在100ml烧杯加入50ml去离子水，再加入10.1g的九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）搅拌至完全溶解，随后边搅拌边加入8g的γ- Al2O3至溶液混合均匀。再将溶液置于超声波发生器内，用35kHz,300W的超声波处理90min。然后取出自然冷却后在110℃下干燥12h，再将前躯体研磨成粉末转入马弗炉中分阶段煅烧，先在400℃下焙烧2h，再升温至650℃下焙烧3h，升温速率为10℃/min，得到所需铁基载氧体。
实施例3：
在100ml烧杯加入50ml去离子水，再加入10.1g的九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）搅拌至完全溶解，随后边搅拌边加入8g的γ-Al2O3至溶液混合均匀。再将溶液置于超声波发生器内，用25kHz,100W的超声波处理50min。然后取出自然冷却后在110℃下干燥12h，再将前躯体研磨成粉末转入马弗炉中分阶段煅烧，先在550℃下焙烧1h，再升温至950℃下焙烧3h，升温速率为10℃/min，得到所需铁基载氧体。
实施例4：
在100ml烧杯加入50ml去离子水，再加入10.1g的九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）搅拌至完全溶解，随后边搅拌边加入8g的γ-Al2O3至溶液混合均匀。再将溶液置于超声波发生器内，用25kHz,500W的超声波处理50min。然后取出自然冷却后在120℃下干燥12h，再将前躯体研磨成粉末转入马弗炉中分阶段煅烧，先在550℃下焙烧1h，再升温至950℃下焙烧3h，升温速率为10℃/min，得到所需铁基载氧体。
对比例1：
在100ml烧杯加入50ml去离子水，再加入10.1g的九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）搅拌至完全溶解，随后边搅拌边加入8g的γ- Al2O3至溶液混合均匀。以机械搅拌代替超声波，20℃下搅拌2h、85℃下搅拌至水分基本蒸发，在110℃干燥12h后，将前躯体研磨成粉末转入马弗炉中分阶段煅烧，先在550℃下焙烧1h，再升温至950℃下焙烧3h，升温速率为10℃/min，所得载氧体记作Fe2O3/Al2O3(TI)。

Claims (4)

1.一种超声波法制备生物油化学链制氢循环Fe2O3/ Al2O3载氧体的方法，其特征在于：将Fe(NO3)3·9H2O和γ- Al2O3制成混合溶液，依次经过超声波处理、干燥和煅烧得Fe2O3/ Al2O3载氧体，超声波处理功率为100~500W，处理时间为15~90min。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所得Fe2O3/ Al2O3载氧体中Fe2O3的质量百分含量为5%~30%。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：干燥温度为100~120℃，时间为12~24小时。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：煅烧为：在400~550℃下煅烧1~2小时，再在600~1000℃下焙烧2~3小时。
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