NiFeAlO4载氧体制备及煤化学链燃烧反应特性 论文

化学链燃烧（Chemical Looping Combustion, CLC）是一种新型的燃烧技术，其核心在于使用载氧体（Oxygen Carrier）代替空气，通过载氧体在两个反应器中的循环传输氧气，来实现燃料的燃烧。载氧体的选用和性能优化是化学链燃烧技术研究的关键点之一。 NiFeAlO4是一种特殊的载氧体材料，它具有尖晶石结构（Spinel Structure），这种结构有利于载氧体在高温环境下的稳定性和反应性。本文采用共沉淀法（Co-precipitation Method）和溶胶凝胶法（Sol-gel Method）制备了NiFeAlO4载氧体，并研究了其在煤化学链燃烧过程中的反应特性。共沉淀法和溶胶凝胶法是两种常见的材料制备方法。共沉淀法是通过同时添加含有多种金属离子的溶液并快速均匀地沉淀，得到均一的混合物前驱体。溶胶凝胶法则涉及水解和缩聚过程，在金属醇盐或无机盐水解产生溶胶后，再通过干燥和热处理得到具有特定结构的固体材料。这两种方法都适用于制备具有尖晶石结构的载氧体材料。 NiFeAlO4载氧体在化学链燃烧中的作用主要体现在供氧上，即它能够在还原阶段释放氧气，在氧化阶段重新氧化。这种载氧体的利用可以显著提高燃烧过程的氧利用率，同时可以降低氮氧化物（NOx）等污染物的生成。文中指出，溶胶凝胶法制备的NiFeAlO4载氧体具有更好的反应性，意味着在循环使用过程中能够更高效地为煤化学链燃烧提供氧气。本文还探讨了载氧体与煤质量比对化学链燃烧反应和载氧体循环稳定性的影响。通过实验发现，当载氧体与煤的质量比为20:1时，化学链燃烧反应后的碳转化率可以达到86.7%，而单独热解煤时的转化率远低于此值。此外，通过分析反应前后载氧体的晶相结构和形貌，研究认为载氧体颗粒的团聚是导致其活性下降的主要原因。关键词中的“二氧化碳”表明本文也关注了化学链燃烧技术减少CO2排放的潜力。与传统燃烧技术相比，化学链燃烧可以实现接近零排放的CO2，因为燃烧产生的CO2可以更容易地从纯气流中分离出来，从而便于进行捕集、利用或封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）。本文通过实验方法制备了NiFeAlO4载氧体，并对其在化学链燃烧中的性能进行了系统研究。研究成果不仅可以推动载氧体材料的优化，还为化学链燃烧技术的工业应用提供了理论依据和实践指导。