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

1、本論文針對鐵基載氧體存在的反應活性差、載氧能力低等缺點，從活性組分與載體材料兩方面對鐵基載氧體進行了優(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氣體在化學鏈燃燒系統(tǒng)中的反應特性。采用同步熱重分析儀以及自行搭建的小型流化床實驗臺對制備載氧體的活性進行了評估，結(jié)合XRD、SEM、BET等表征手段對實驗結(jié)果進行了合理的分析，進一步采用密度泛函理論研究了載氧體與CO氣體的反應歷程以及電子特

2、性。
　　對于Co-Fe2O3/Al2O3載氧體，實驗研究結(jié)果表明鈷摻雜量、反應溫度和制備焙燒溫度可顯著影響其與CO的反應性能，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。此外，吸附模型計算結(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。反應歷程模擬表明鈷摻雜降低了CO與表面相應O原子作用還原Fe2O3載氧體所需要的反應活化能，促進了CO與Fe2

4、O3之間的反應。
　　對于Fe2O3/粉煤灰載氧體，實驗研究結(jié)果表明發(fā)泡劑含量以及反應溫度對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個循環(huán)測試中表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。理論計算結(jié)果表明粉煤灰和Fe2O3之