Co-Fe2O3-Al2O3與Fe2O3-粉煤灰作用下CO化學(xué)鏈燃燒特性研究.pdf

1、本論文針對(duì)鐵基載氧體存在的反應(yīng)活性差、載氧能力低等缺點(diǎn)，從活性組分與載體材料兩方面對(duì)鐵基載氧體進(jìn)行了優(yōu)化，制備出Co-Fe2O3/Al2O3與Fe2O3/coalash兩種鐵基載氧體，并研究了其與CO氣體在化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)中的反應(yīng)特性。采用同步熱重分析儀以及自行搭建的小型流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)制備載氧體的活性進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)合XRD、SEM、BET等表征手段對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了合理的分析，進(jìn)一步采用密度泛函理論研究了載氧體與CO氣體的反應(yīng)歷程以及電子特

2、性。
　　對(duì)于Co-Fe2O3/Al2O3載氧體，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明鈷摻雜量、反應(yīng)溫度和制備焙燒溫度可顯著影響其與CO的反應(yīng)性能，且三者的最佳值分別為3.0wt.％、800℃和700℃。800℃下鈷摻雜量為3.0wt.％的Co-Fe2O3/Al2O3的最大轉(zhuǎn)化率為0.83，高于Fe2O3(0.25)、Co-Fe2O3(0.37)和Fe2O3/Al2O3(0.54)三者的最大轉(zhuǎn)化率。小型流化床30個(gè)連續(xù)循環(huán)中，Co-Fe2O3/Al2

3、O3表現(xiàn)出優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。理論計(jì)算結(jié)果表明，鈷的摻雜可增大Fe2O3(104)表面上的O3f-M(Fe/Co)平均鍵長和Co/Fe2O3態(tài)密度在-8eV到0eV范圍內(nèi)的離域性，即摻雜后的表面活性增強(qiáng)。此外，吸附模型計(jì)算結(jié)果表明Fe2O3(104)表面上鈷的摻雜可活化CO分子，并增大了CO在Co-Fe2O3(104)表明的吸附能。反應(yīng)歷程模擬表明鈷摻雜降低了CO與表面相應(yīng)O原子作用還原Fe2O3載氧體所需要的反應(yīng)活化能，促進(jìn)了CO與Fe2

4、O3之間的反應(yīng)。
　　對(duì)于Fe2O3/粉煤灰載氧體，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明發(fā)泡劑含量以及反應(yīng)溫度對(duì)新型鐵基載氧體性能影響很大，二者的最佳值分別為10wt.％和850℃。Fe2O3/粉煤灰載氧體較大的孔隙率促使850℃下發(fā)泡劑含量為10.0wt.％的新型鐵基載氧體的最大轉(zhuǎn)化率(84.9％)比Fe2O3/Al2O3的最大轉(zhuǎn)化率(54.3％)高30％，且新型鐵基載氧體在30個(gè)循環(huán)測(cè)試中表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。理論計(jì)算結(jié)果表明粉煤灰和Fe2O3之