Ni、Ce、Zn和Cu修饰Fe_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)载氧体的甲烷化学链制氢特性

以甲烷为燃料的化学链制氢是一种耦合CO_(2)捕集的高效制氢技术。在Fe_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)载氧体的基础上,通过浸渍法分别添加Ni、Ce、Zn和Cu形成双金属载氧体,以提高其晶格氧传递性能、制氢性能和抗积炭性能。本文通过热力学计算、材料表征和实验研究,研究了不同双金属载氧体还原阶段和制氢阶段的反应性能,获得了不同双金属载氧体晶相结构与反应活性、制氢性能间的构效关系;并针对筛选出的最佳载氧体,进一步研究了其循环反应稳定性。研究表明,Cu是最合适的金属添加剂。Cu在Fe_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)双金属载氧体中形成了结构稳定的尖晶石相CuFe_(2)O_(4),提高了晶格氧活性,促进了载氧体中Fe_(2)O_(3)的深度还原,同时有效抑制积炭的生成,显著提高氢气产量和纯度,其中氢气产量由245mmol/100g载氧体提高到288mmol/100g载氧体,氢气纯度由88.3%提高到95.7%。Cu修饰Fe_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)载氧体在循环中表现出良好的稳定性,Fe^(3+)和Cu^(2+)的迁移使其微观结构得到改善,循环反应性能得到提高。研究验证了双金属载氧体在甲烷化学链制氢反应中的可行性,研究结果为铁基载氧体的设计和筛选提供了理论和实验依据。