一種微波水熱法制備納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于化學(xué)鏈燃燒【技術(shù)領(lǐng)域】的一種微波水熱法制備納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體的方法。本發(fā)明的方法是將硝酸鐵和硝酸鎳溶解于去離子水中，然后進(jìn)行超聲處理，并滴加過(guò)量的氨水/尿素溶液，直至PH為10-12，離心分離并將沉淀清洗至中性，之后將沉淀物放入反應(yīng)釜內(nèi)，加入分散劑，加去離子水至反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；然后冷卻到室溫，干燥之后即得到納米鐵酸鎳。采用微波水熱合成法制備的鐵酸鎳不僅顆粒大小均勻、晶粒發(fā)育完整、無(wú)團(tuán)聚，而且反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)所需溫度低。應(yīng)用本發(fā)明制備的鐵酸鎳在化學(xué)鏈燃燒技術(shù)中具有很好的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種微波水熱法制備納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)鏈燃燒【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種微波水熱法制備納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣候和氣候變化對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類(lèi)進(jìn)步產(chǎn)生了極大的影響，已成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題之一。而CO2造成的溫室效應(yīng)占全部溫室效應(yīng)的64%，發(fā)展CO2捕捉和存儲(chǔ)技術(shù)已十分必要。化學(xué)鏈燃燒是一項(xiàng)非常具有前途的CO2捕捉技術(shù)，具有低成本、高效性、環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)正受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。
[0003]載氧體是化學(xué)鏈燃燒成功的關(guān)鍵因素之一，它在化學(xué)鏈燃燒中一方面?zhèn)鬟f燃料燃燒所需的氧，另一方面向燃料反應(yīng)器傳遞能量。目前常用的載氧體有NiO、CuCKFe2O3等，各有優(yōu)缺點(diǎn)。Fe2O3資源分布廣泛、成本低、環(huán)境友好但反應(yīng)活性和載氧率低，NiO反應(yīng)活性高但價(jià)格較高。單一的載氧體已不能滿足化學(xué)鏈燃燒的需要，許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)將NiFe2O4作為載氧體效果較好。一方面由于NiFe2O4具有很好的活性和載氧能力，另一方面NiFe2O4價(jià)格適中，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
[0004]但是通過(guò)傳 統(tǒng)煅燒方法制備的NiFe2O4顆粒不均勻，容易發(fā)生團(tuán)聚，反應(yīng)性能較差。水熱法是指在特制的密閉反應(yīng)容器中，以去離子水作為介質(zhì)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)體系加熱，在體系中產(chǎn)生一個(gè)高溫高壓的環(huán)境在此環(huán)境下許多化合物表現(xiàn)出與常溫不同的性質(zhì)，如溶解度增大、離子活度增強(qiáng)、化合物晶體結(jié)構(gòu)易轉(zhuǎn)型等，使得通常情況下難溶或不溶的物質(zhì)溶解并發(fā)生重結(jié)晶，再經(jīng)過(guò)分離和熱處理得到產(chǎn)物的一種方法。它具有原料低廉易得，顆粒純度高，分步均勻，晶型容易控制等優(yōu)點(diǎn)。利用微波水熱法制備復(fù)合納米材料已成為催化劑制備領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，將此方法應(yīng)用到化學(xué)鏈燃燒技術(shù)中載氧體制備領(lǐng)域具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種微波水熱法制備納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體的方法，該方法制備的納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體具有反應(yīng)活性高、顆粒分布均勻、不易發(fā)生團(tuán)聚等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]利用本發(fā)明制備納米鐵酸鎳包含以下步驟:
[0007]一種微波水熱法制備納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體的方法，包括以下步驟:
[0008]I)將鐵鹽和鎳鹽按2:1的摩爾比混合溶解于去離子水中，然后超聲，使之混合均勻；
[0009]2)向上述溶液中滴加過(guò)量的氨水或尿素調(diào)節(jié)PH，使沉淀完全，繼續(xù)超聲；
[0010]3)將沉淀離心分離，并用去離子水清洗至中性；
[0011]4)把沉淀物放入反應(yīng)釜中，加入分散劑，再加入去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；[0012]5)自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸鎳。
[0013]步驟1)中所述鐵鹽為硝酸鐵，所述鎳鹽為硝酸鎳。
[0014]步驟I)中所述超聲的時(shí)間為45_90min。
[0015]步驟2)中所述超聲的時(shí)間為60_120min。
[0016]步驟2)中所述PH為10-12。
[0017]步驟4)中所加入的分散劑為聚乙二醇或十二烷基三甲基溴化銨，其用量為與去離子水的體積比為0.5-1/100。
[0018]步驟4)中加入去離子水的量和沉淀量的體積和質(zhì)量比為100:3_5，其中體積以ml計(jì)，質(zhì)量以g計(jì)。
[0019]步驟4)反應(yīng)釜的加熱溫度為150_220°C，反應(yīng)時(shí)間為10_20h。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)制備的納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體顆粒細(xì)小、晶粒發(fā)育完整、無(wú)團(tuán)聚，比表面積大；(2)制備過(guò)程反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)溫度低、晶型可控；(3)制備出的納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體在化學(xué)鏈燃燒領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為通過(guò)本方案制備的納米鐵酸鎳的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供了一種微波水熱法制備納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體的方法，下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0023]實(shí)施例1
[0024]取3.56gNi (NO3)2.6H20 和 9.90gFe (NO3)3.9H20 溶解于 200ml 去離子水里，超聲45min,混合均勻；
[0025]在溶液里滴加過(guò)量的氨水溶液直至溶液PH=IO,沉淀完全。繼續(xù)超聲60min ；
[0026]用離心機(jī)分離，并用去離子水清洗至中性；
[0027]把沉淀物放入反應(yīng)釜中，添加Iml十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)表面活性劑進(jìn)行修飾，再加入200ml去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，180°C保溫10h，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸鎳載氧體，如圖1所述。
[0028]將上述制備的載氧體顆粒篩分，取粒徑為100-150目的載氧體0.2g，在小型石英流化床進(jìn)行性能測(cè)試。氣體燃料的組成為:30%CH4，30%C0，40%N2。反應(yīng)在850°C下進(jìn)行，先通入N2吹掃5min，然后通入CH4、CO、N2的混合氣，保持lOmin，用氣體分析儀檢測(cè)排出的氣體成分，用XRD檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)組成。數(shù)據(jù)處理后得出CH4的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%，XRD檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)碳存在。
[0029]實(shí)施例2
[0030]取3.56gNi (NO3)2.6H20 和 9.90gFe (NO3)3.9H20 溶解于 200ml 去離子水里，超聲60min,混合均勻；
[0031]在溶液里滴加過(guò)量的氨水溶液直至溶液PH=Il,使之沉淀完全。繼續(xù)超聲70min ；[0032]用離心機(jī)分離，并用去離子水清洗至中性；
[0033]把沉淀物放入反應(yīng)釜中，添加Iml聚乙二醇(PEG)，再加入200ml的去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，200°C保溫10h，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸鎳載氧體。
[0034]將上述制備的載氧體顆粒篩分，取粒徑為100-150目的載氧體0.2g，在小型石英流化床進(jìn)行性能測(cè)試。氣體燃料的組成為:30%CH4，30%C0，40%N2。反應(yīng)在850°C下進(jìn)行，先通入N2吹掃5min，然后通入CH4、CO、N2的混合氣，保持lOmin，用氣體分析儀檢測(cè)排出的氣體成分，用XRD檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)組成。數(shù)據(jù)處理后得出CH4的轉(zhuǎn)化率達(dá)到97%，XRD檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)碳的存在。 [0035]實(shí)施例3
[0036]取3.56gNi (NO3)2.6H20 和 9.90gFe (NO3)3.9H20 溶解于 200ml 去離子水里，超聲90min，混合均勻；
[0037]在溶液里滴加過(guò)量的氨水溶液直至溶液PH=12，使沉淀完全。繼續(xù)超聲90min ；
[0038]用離心機(jī)分離，并用去離子水清洗至中性；
[0039]把沉淀物放入反應(yīng)釜中，添加Iml聚乙二醇(PEG)，再加入150ml的去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，220°C保溫20h，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物；自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸鎳載氧體。
[0040]將上述制備的載氧體顆粒篩分，取粒徑為100-150目的載氧體0.2g，在小型石英流化床進(jìn)行性能測(cè)試。氣體燃料的組成為:30%CH4，30%C0，40%N2。反應(yīng)在850°C下進(jìn)行，先通入N2吹掃5min，然后通入CH4、CO、N2的混合氣，保持lOmin，用氣體分析儀檢測(cè)排出的氣體成分，用XRD檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)組成。數(shù)據(jù)處理后得出CH4的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%，XRD檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)碳的存在。
[0041]對(duì)比例
[0042]取3.56gNi (NO3)2.6H20 和 9.90gFe (NO3)3.9H20 溶解于 200ml 去離子水里，超聲90min，混合均勻。在溶液里滴加過(guò)量的氨水溶液直至溶液PH=12，使沉淀完全。繼續(xù)超聲90min。然后把沉淀過(guò)濾，并清洗至中性，放在馬弗爐內(nèi)煅燒4h，然后研磨即得到鐵酸鎳。取
0.2g鐵酸鎳做與實(shí)施例1相同的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CH4的轉(zhuǎn)化率為88%，XRD發(fā)現(xiàn)無(wú)積碳存在。
【權(quán)利要求】
1.一種微波水熱法制備納米鐵酸鎳復(fù)合載氧體的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將鐵鹽和鎳鹽按2:1的摩爾比混合溶解于去離子水中，然后超聲，使之混合均勻； 2)向上述溶液中滴加過(guò)量的氨水或尿素調(diào)節(jié)PH，使沉淀完全，繼續(xù)超聲； 3)將沉淀離心分離，并用去離子水清洗至中性； 4)把沉淀物放入反應(yīng)釜中，加入分散劑，再加入去離子水，將反應(yīng)釜置于有水冷回流裝置的微波爐內(nèi)加熱，加熱完成后分離固態(tài)產(chǎn)物； 5)自然冷卻后清洗、烘干，即得到納米鐵酸鎳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中所述鐵鹽為硝酸鐵，所述鎳鹽為硝酸鎳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中所述超聲的時(shí)間為45-90min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述超聲的時(shí)間為60-120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述PH為10-12。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 方法，其特征在于，步驟4)中所加入的分散劑為聚乙二醇或十二烷基三甲基溴化銨，其用量為與去離子水的體積比為0.5-1/100。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中加入去離子水的量和沉淀量的體積和質(zhì)量比為100:3-5，其中體積以ml計(jì)，質(zhì)量以g計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)反應(yīng)釜的加熱溫度為150-220°C，反應(yīng)時(shí)間為10-20h。
【文檔編號(hào)】C01G53/00GK103466724SQ201310421042
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】張俊姣, 覃吳, 王磊, 李渠, 董長(zhǎng)青 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)