近期，国际化工类顶级期刊Chemical Engineering Journal发表了我实验室亚力昆江·吐尔逊老师指导的博士研究生艾热提·阿不都艾尼在生物质化学链气化制合成气领域的最新成果——“Effect of calcination temperature on the attrition and activity of CuO/NiO/olivine for producing syngas in biomass chemical looping gasification”。该期刊是国际工程技术与化学化工领域较有影响力的刊物之一，在中科院分区中为工程技术/化学/环境类1区Top期刊，2023年影响因子15.1。全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142980
1.本文亮点
本文研究了煅烧温度对所制备的载氧体在组成成分、形貌、多重氧化还原、载氧能力和活性方面的影响，并在微流化床反应器中考察了载氧体的性能。1.采用多种表征手段，揭示了不同温度下活性组分在载载体上的变化和迁移历程：
2.适当的提高煅烧温度可以有效地提高载氧体的使用寿命，其中1100℃下合成的CuO/NiO/olivine载氧体表现出较高的耐磨性。
3.在较高的煅烧温度下，活性组分不仅仅是以物理的方式负载在橄榄石上，而且还会与橄榄石体相中的组分反应，其中CuO和NiO与橄榄石中的Fe2O3相互结合形成了NiFe2O4和CuFe2O4新相。
4.微流化床反应器实验表明，1100℃下制备的CuO/NiO/olivine表现出更好的性能，并通过长期循环流化实验验证了其在化学链气化实验中的适用性和可行性。
2.本文摘要
化学链气化是一种高效的转化方法之一，其中具有寿命长和较好的高反应活性的OC是实现化学链气化工业化的关键所在。研究了在不同温度（900，1100和1300 ℃）对橄榄石负载氧化铜和氧化镍（Cu/Ni/O）载氧体的影响。采用XRD、SEM、BET、H2-TPR、TG和TG-FTIR等多种表征方法研究了煅烧温度对所得OC在组成成分、形貌、多重氧化还原、载氧能力和活性方面的影响。在微流化床反应器中进行了化学链气化实验来考察所制备OC的性能。结果表明，将CuO和NiO负载到橄榄石后，可以观察到CuFe2O4和NiFe2O4的衍射峰。煅烧温度的升高导致OC的比表面积和载氧能力从900 ℃时的4.760 m2/g和3.60 wt.%下降到1300 ℃时的1.305 m2/g和1.93 wt.%。然而，OC的抗磨损性得到了极大的改善，尤其是在1100 ℃煅烧的1100-Cu/Ni/O的抗磨损性更好，其损耗率为0.09 wt.%/3h，粉碎率为0.41 wt.%/3h。在最佳操作条件下（OC与CS的质量比= 30:1，水的注射速率= 0.05 g/min，温度= 800 ℃），1100-Cu/Ni/O的气化效率最高达到了59.2%，合成气产量0.71 Nm3/kg。
3.本文内容
化学链气化（chemical looping gasification, CLG）是一项新型的气化技术。其原理是采用固体氧载体所含晶格氧代替常规的气化介质，向燃料提供气化反应所需氧元素，通过控制晶格氧与燃料的比值，使燃料在氧载体的作用下发生部分氧化反应，从而制备以CO和H2为主要成分的合成气。相对于传统气化技术，CLG有以下几点显著优势：1.氧载体在氧化反应器中氧化所放出的热量被其带入还原反应器中，为生物质气化提供热量，氧载体同时起到热载体的作用，提高了系统效能；2.与气相氧相比，晶格氧更容易使燃料发生部分氧化，从而提高合成气热值；3.金属氧载体对焦油裂解具有催化作用，可降低焦油含量；4.由于没有其他气体（如N2）的加入，在高温反应时，能有效减少氮氧化物等污染物的产生。氧载体应用于化学链技术最早由德国学者Richter等提出，将CuO、NiO和CdO作为氧载体用于甲烷燃烧，证明氧载体的加入促进了化学反应进程。随着化学链技术的不断发展，其不再局限于气体燃料的燃烧，逐渐发展到生物质固体燃料的化学链气化研究中。
本研究的主要目的是通过在橄榄石中添加铜和镍氧化物来提高其在BCLG中的使用性能。研究的重点是通过提高煅烧温度来优化和表征橄榄石的抗磨损性能和反应活性。明确煅烧温度对OC的组成成分、形态变化、氧化还原特性、氧传输能力、抗磨损性和活性的影响。
