鈰摻雜對(duì)銅基氧載體釋氧性能以及CO化學(xué)鏈燃燒影響的研究.pdf

1、化學(xué)鏈燃燒(CLC)是一種有效富集 CO2的方法，不僅可以實(shí)現(xiàn) CO2分離還可以減少 NOx的排放，在日益重視環(huán)境和依賴能源的今天有著重要意義?；瘜W(xué)鏈燃燒是碳捕集、利用和封存(CCUS)的第一步，可以實(shí)現(xiàn)煤的高效清潔利用。高性能氧載體是化學(xué)鏈燃燒的研究熱點(diǎn)。摻雜其他金屬元素可以提高氧載體的性能。對(duì)于這一方法提高氧載體釋氧性能的研究以及對(duì)含硫氣體存在下 CO化學(xué)鏈燃燒的研究較為缺乏。因此，本文主要采用密度泛函理論(DFT)方法，結(jié)合熱重分

2、析實(shí)驗(yàn)，對(duì)鈰摻雜銅基氧載體的釋氧性能和含硫氣氛下CO化學(xué)鏈燃燒的影響進(jìn)行了研究。
　　鈰元素對(duì)銅基氧載體影響的結(jié)果和機(jī)理尚不明確。本文首先采用程序升溫?zé)嶂貙?shí)驗(yàn)研究了鈰摻雜對(duì)銅基氧載體釋氧性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鈰摻雜降低了反應(yīng)峰值溫度，提高了銅基氧載體在低溫區(qū)的釋氧速率，促進(jìn)了銅基氧載體的釋氧。然后采用DFT方法對(duì)影響機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：鈰摻雜降低了CuO表面O2分子形成的能壘和反應(yīng)熱，提高了O2分子脫附的反應(yīng)熱，促進(jìn)了內(nèi)層

3、氧原子向表層遷移。綜合整個(gè)釋氧過程來看，鈰摻雜降低了釋氧反應(yīng)中的能壘，從而提高了CuO的釋氧能力。熱重實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算的結(jié)果符合較好。
　　合成氣中H2S對(duì)CLC影響的研究并不充分。在明確了鈰元素對(duì)銅基氧載體釋氧性能的影響后，本文采用DFT方法研究了鈰摻雜對(duì)H2S存在下的CO化學(xué)鏈燃燒的影響。當(dāng)CO和H2S同時(shí)在CuO(111)完整表面吸附時(shí)，H2S發(fā)生解離吸附，CO和H2S可以促進(jìn)彼此的吸附。氧空位增加了吸附位。此時(shí)CO的吸附能絕

4、對(duì)值遠(yuǎn)大于H2S的吸附能絕對(duì)值，CO將優(yōu)先吸附。H2S在此表面的吸附不再穩(wěn)定。因此氧空位的存在有利于CO的吸附，不利于H2S的吸附。鈰摻雜雖然對(duì)CO和H2S單獨(dú)吸附在CuO(111)表面的吸附能力沒有太大影響，但CO和H2S同時(shí)吸附時(shí)變成競爭關(guān)系。同時(shí)鈰摻雜促進(jìn)了表面氧空位的形成，進(jìn)而降低H2S對(duì)CO吸附的不利影響，提高CO的CLC反應(yīng)性能。
　　SO2是煤燃燒過程中含硫組分的主要轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，其對(duì)CLC影響的研究也比較缺乏。本文繼續(xù)

5、采用DFT方法研究了鈰摻雜對(duì)SO2存在下的CO化學(xué)鏈燃燒的影響。當(dāng)CO和SO2同時(shí)在CuO(111)完整表面吸附時(shí)，由于SO2的吸附能力較強(qiáng)會(huì)優(yōu)先吸附并占用較多的吸附位。因此SO2將阻礙CO在CuO(111)完整表面的吸附。在氧空位存在的情況下，CO和SO2的吸附能力都得到增強(qiáng)，SO2的吸附更加穩(wěn)定。CO在預(yù)吸附SO2的氧缺陷表面上的吸附能絕對(duì)值比CO在預(yù)吸附SO2的完整表面上的吸附能絕對(duì)值大。氧空位降低了SO2對(duì)CO在CuO(111)