高等学校化学学报
高等學校化學學報
고등학교화학학보
CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES
2015年
1期
116-123
,共8页
覃吴%林常枫%程伟良%肖显斌
覃吳%林常楓%程偉良%肖顯斌
담오%림상풍%정위량%초현빈
化学链燃烧%吸附%载氧体%CO2%Fe2 O3%密度泛函理论
化學鏈燃燒%吸附%載氧體%CO2%Fe2 O3%密度汎函理論
화학련연소%흡부%재양체%CO2%Fe2 O3%밀도범함이론
Chemical looping combustion%Adsorption%Oxygen carrier%CO2%Fe2 O3%Density functional theory
为探究载氧体形貌控制获取适用于化学链燃烧的高活性表面结构载氧体的可行性,以Fe2 O3作为模型载氧体,从理论上对比研究Fe2O3的高弥勒指数晶面(104)和Fe2O3自然裸露的最主要晶面之一(001)的表面电子特性,结果表明, Fe2 O3(104)的电子结构更有利于表面与煤模型分子的相互作用。基于理论分析结果,从实验上控制制备了单晶载氧体Fe2 O3(104)/Al2 O3,研究了该载氧体与褐煤的化学链燃烧反应特性。 Fe2 O3(104)/Al2 O3比传统浸渍法制备的载氧体Fe2 O3/Al2 O3具有更高的反应活性,与理论计算结果一致。元素分析表明, Fe2 O3(104)/Al2 O3与褐煤反应的积碳量远少于Fe2 O3/Al2 O3与褐煤反应的积碳量。对比新鲜载氧体及再生后载氧体的结构发现, Fe2 O3(104)/Al2 O3在反应过程中不断进行氧化还原反应而发生结构弛豫后,仍然能通过氧化再生。这表明形貌控制制备可为化学链燃烧技术开发新型高效载氧体提供新思路。
為探究載氧體形貌控製穫取適用于化學鏈燃燒的高活性錶麵結構載氧體的可行性,以Fe2 O3作為模型載氧體,從理論上對比研究Fe2O3的高瀰勒指數晶麵(104)和Fe2O3自然裸露的最主要晶麵之一(001)的錶麵電子特性,結果錶明, Fe2 O3(104)的電子結構更有利于錶麵與煤模型分子的相互作用。基于理論分析結果,從實驗上控製製備瞭單晶載氧體Fe2 O3(104)/Al2 O3,研究瞭該載氧體與褐煤的化學鏈燃燒反應特性。 Fe2 O3(104)/Al2 O3比傳統浸漬法製備的載氧體Fe2 O3/Al2 O3具有更高的反應活性,與理論計算結果一緻。元素分析錶明, Fe2 O3(104)/Al2 O3與褐煤反應的積碳量遠少于Fe2 O3/Al2 O3與褐煤反應的積碳量。對比新鮮載氧體及再生後載氧體的結構髮現, Fe2 O3(104)/Al2 O3在反應過程中不斷進行氧化還原反應而髮生結構弛豫後,仍然能通過氧化再生。這錶明形貌控製製備可為化學鏈燃燒技術開髮新型高效載氧體提供新思路。
위탐구재양체형모공제획취괄용우화학련연소적고활성표면결구재양체적가행성,이Fe2 O3작위모형재양체,종이론상대비연구Fe2O3적고미륵지수정면(104)화Fe2O3자연라로적최주요정면지일(001)적표면전자특성,결과표명, Fe2 O3(104)적전자결구경유리우표면여매모형분자적상호작용。기우이론분석결과,종실험상공제제비료단정재양체Fe2 O3(104)/Al2 O3,연구료해재양체여갈매적화학련연소반응특성。 Fe2 O3(104)/Al2 O3비전통침지법제비적재양체Fe2 O3/Al2 O3구유경고적반응활성,여이론계산결과일치。원소분석표명, Fe2 O3(104)/Al2 O3여갈매반응적적탄량원소우Fe2 O3/Al2 O3여갈매반응적적탄량。대비신선재양체급재생후재양체적결구발현, Fe2 O3(104)/Al2 O3재반응과정중불단진행양화환원반응이발생결구이예후,잉연능통과양화재생。저표명형모공제제비가위화학련연소기술개발신형고효재양체제공신사로。
We selected Fe2 O3 as the model oxygen carrier for chemical looping combustion( CLC) to theoreti- cally detect the electronic properties of the high index surface ( 104 ) and the referenced low index surface (001). Fe2O3(104) exhibits better electronic structure for the interaction to lignite. Then, based on the theo- retical calculations, Fe2 O3 ( 104 ) supported on Al2 O3 was obtained via surface-controlled preparation. The reaction between lignite and the prepared Fe2O3(104)/Al2O3 is more efficient than the reaction between lig- nite and the reference Fe2 O3/Al2 O3 prepared via traditional impregnation method, which corresponds to the theoretical calculations. Ultimate analysis shows less carbon deposit on the reduced Fe2 O3 ( 104 )/Al2 O3 than on the reduced Fe2 O3/Al2 O3 . Further, the fresh and the regenerated oxygen carrier were characterized, which verified the regeneration ability of Fe2 O3(104) after severe structural relaxation during the reaction processes. These findings indicate that morphological control of oxygen carrier is very rewarding and will throw light to the next generation of highly efficient oxygen carriers for CLC technology.
