CN103242932A - 用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料及其制备方法 - Google Patents

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金红光
洪慧
韩涛
贺凤娟
彭硕
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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料(CoO+PtO2)/CoAl2O4及其制备方法，该氧载体材料包括CoO、CoAl2O4和PtO2，其中CoO充当活性物质，CoAl2O4作为惰性载体，PtO2为助剂。利用本发明，太阳能-化学链燃烧的还原反应速率快，材料具有良好的热稳定性，制备方法简单，提高了太阳能热化学储能效率，且还原反应温度低，材料再生性强，能够满足中低温太阳能化学链燃烧技术中的要求，从而为中低温太阳能技术与化学链燃烧相结合提供了可能。

Description

用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学链系统氧载体颗粒的制备和太阳能热利用技术领域，具体涉及一种用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料及其制备方法。
背景技术
太阳能热化学是利用太阳热能驱动吸热化学反应，提供反应所需热量，有效地解决了太阳能间歇性、不稳定性的缺点。然而，当前太阳能热化学反应温度集中在900～1200℃的高温太阳热能的转化和利用，造成其成本过高，同时对材料的使用及结构的设计提出了更高的要求，不利于大规模应用。
近年来提出的温度在300-400℃的中低温太阳能与化学链燃烧相结合的技术，既解决了高温太阳能热化学存在的问题，同时又避免了CO2分离难的问题。氧载体是太阳能与化学链燃烧整合的发电技术的关键。目前国际上研究的化学链燃烧的氧载体材料主要是Ni、Fe、Co等金属氧化物以及CaSO4、BaSO4等非金属氧化物，然而现有反应温度高，不适用于中低温太阳能驱动化学链燃烧的过程。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料及其制备方法，以提高太阳能热化学储能效率，为中低温太阳能驱动化学链燃烧技术提供技术保证。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料，该氧载体材料包括CoO、CoAl2O4和PtO2，其中CoO充当活性物质，CoAl2O4作为惰性载体，PtO2为助剂。
上述方案中，所述活性物质CoO由Co(NO3)2·6H2O加热分解制得，质量百分比为59％。所述惰性载体CoAl2O4由Co(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O加热分解烧结过程中制得，质量百分比为40％。所述助剂PtO2由H2PtCl6·6H2O加热分解制得，在氧载体中的质量百分比为1％。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的制备方法，该方法包括：
步骤1：将九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O、六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)溶解于异丙醇和水的混合溶液中，其中异丙醇和水的体积比为3∶1；
步骤2：搅拌该混合溶液，稳定5～15分钟后放入干燥箱中干燥，得到粉末；
步骤3：继续干燥所得到的粉末，然后将其在马弗炉中煅烧，得到(CoO+PtO2)/CoAl2O4粉末，加入水调成糊状后，制成直径为1～2mm的氧载体颗粒；
步骤4：将制成的氧载体颗粒放入干燥箱干燥，随后在马弗炉中煅烧，获得氧载体材料。
上述方案中，步骤2中所述搅拌该混合溶液是采用磁力搅拌器顺时针搅拌溶液1小时，所述放入干燥箱中干燥是放入80℃的干燥箱中干燥12小时。
上述方案中，步骤3中所述继续干燥所得到的粉末是将所得到的粉末在150℃下干燥24小时后继续在200℃下时干燥5小时，所述将其在马弗炉中煅烧是将其在500℃的马弗炉中煅烧3小时。
上述方案中，步骤3中得到的(CoO+PtO2)/CoAl2O4粉末中，CoO的质量百分比为59％，PtO2的质量百分比为1％，CoAl2O4的质量百分比为40％。
上述方案中，步骤4中所述将制成的氧载体颗粒放入干燥箱干燥是将制成的颗粒放入80℃的干燥箱中干燥30分钟，所述在马弗炉中煅烧是在1200℃的马弗炉中煅烧6小时。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料及其制备方法，反应速率快，具有良好的热稳定性，制备方法简单，提高了太阳能热化学储能效率。
2、本发明提供的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料及其制备方法，还原温度低，为中低温太阳能驱动化学链燃烧技术提供了技术保证。
3、本发明提供的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料及其制备方法，能够满足中低温太阳能化学链燃烧技术中的要求，热稳定好，反应速率快，再生性强，从而为中低温太阳能技术与化学链燃烧相结合提供了可能。
附图说明
图1是本发明提供的制备用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的方法流程图；
图2为本发明产物在循环反应前的SEM形貌图；
图3为本发明产物在20次循环反应后的SEM形貌图；
图4为本发明产物在30次循环反应中获得的TGA反应性能曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料，包括CoO、CoAl2O4和PtO2，其中CoO充当活性物质，CoAl2O4作为惰性载体，PtO2为助剂。其中，该氧载体采用溶解法制备，所述CoO由Co(NO3)2·6H2O加热分解制得，质量百分比为59％；CoAl2O4由Co(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O加热分解烧结过程中制得，质量百分比为40％；所述助剂PtO2由H2PtCl6·6H2O加热分解制得，在氧载体中的质量百分比为1％。
如图1所示，图1是本发明提供的制备用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1：将九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O、六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)溶解于异丙醇和水的混合溶液中，其中异丙醇和水的体积比为3∶1；
步骤2：搅拌该混合溶液，稳定5～15分钟后放入干燥箱中干燥，得到粉末；
步骤3：继续干燥所得到的粉末，然后将其在马弗炉中煅烧，得到(CoO+PtO2)/CoAl2O4粉末，加入水调成糊状后，制成直径为1～2mm的氧载体颗粒；在(CoO+PtO2)/CoAl2O4粉末中，CoO的质量百分比为59％，PtO2的质量百分比为1％，CoAl2O4的质量百分比为40％。
步骤4：将制成的氧载体颗粒放入干燥箱干燥，随后在马弗炉中煅烧，获得氧载体材料。
基于图1所示的制备用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的方法流程图，下面结合具体的实施例对该方法进行详细说明。
在本实施例中，首先将14.742g九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O、8.478g六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和0.1149g氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)溶解于异丙醇和水的混合液体中，异丙醇和水的体积比为3∶1；用磁力搅拌器顺时针搅拌溶液1小时，稳定5～15分钟后放入干燥箱中80℃干燥12小时；将所得到的粉末在150℃下干燥24小时后继续在200℃下时干燥5小时，然后在马弗炉中500℃时煅烧3小时，即可得到CoO/Al2O3粉末，加入水调成糊状后，制成直径为1～2mm的氧载体颗粒；将制成的颗粒放入干燥箱，80℃下干燥30分钟，随后在马弗炉中1200℃煅烧6小时，获得氧载体材料。
图2显示了本实施例制备的氧载体材料的电子扫描电镜(SEM)照片，图3为本实施例所制备的氧载体材料在20次循环反应后的颗粒的电子扫描电镜(SEM)图片，图4为本实施例所制备的氧载体材料在30次循环反应中的热分析曲线。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料，其特征在于，该氧载体材料包括CoO、CoAl2O4和PtO2，其中CoO充当活性物质，CoAl2O4作为惰性载体，PtO2为助剂。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料，其特征在于，所述活性物质CoO由Co(NO3)2·6H2O加热分解制得，质量百分比为59％。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料，其特征在于，所述惰性载体CoAl2O4由Co(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O加热分解烧结过程中制得，质量百分比为40％。
4.根据权利要求1所述的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料，其特征在于，所述助剂PtO2由H2PtCl6·6H2O加热分解制得，在氧载体中的质量百分比为1％。
5.根据权利要求1所述的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料，其特征在于，该氧载体采用溶解法制备。
6.一种用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：将九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O、六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)溶解于异丙醇和水的混合溶液中，其中异丙醇和水的体积比为3∶1；
步骤2：搅拌该混合溶液，稳定5～15分钟后放入干燥箱中干燥，得到粉末；
步骤3：继续干燥所得到的粉末，然后将其在马弗炉中煅烧，得到(CoO+PtO2)/CoAl2O4粉末，加入水调成糊状后，制成直径为1～2mm的氧载体颗粒；
步骤4：将制成的氧载体颗粒放入干燥箱干燥，随后在马弗炉中煅烧，获得氧载体材料。
7.根据权利要求6所述的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述搅拌该混合溶液是采用磁力搅拌器顺时针搅拌溶液1小时，所述放入干燥箱中干燥是放入80℃的干燥箱中干燥12小时。
8.根据权利要求6所述的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的制备方法，其特征在于，步骤3中所述继续干燥所得到的粉末是将所得到的粉末在150℃下干燥24小时后继续在200℃下时干燥5小时，所述将其在马弗炉中煅烧是将其在500℃的马弗炉中煅烧3小时。
9.根据权利要求6所述的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的制备方法，其特征在于，步骤3中得到的(CoO+PtO2)/CoAl2O4粉末中，CoO的质量百分比为59％，PtO2的质量百分比为1％，CoAl2O4的质量百分比为40％。
10.根据权利要求6所述的用于太阳能-化学链燃烧储能的氧载体材料的制备方法，其特征在于，步骤4中所述将制成的氧载体颗粒放入干燥箱干燥是将制成的颗粒放入80℃的干燥箱中干燥30分钟，所述在马弗炉中煅烧是在1200℃的马弗炉中煅烧6小时。
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