钙钛矿型氧化物制备O2/CO2混合气体的实验研究

摘要

O2/CO2循环燃烧是最近被重点研究的燃煤CO2减排技术之一,这种燃烧方式是一种极具潜力的新型燃烧技术,但阻碍其应用的最主要的问题是高额的制氧成本。目前,深冷法是提供O2/CO2混合气体的唯一途径,但是这种装置投资大,能耗高。大大降低了燃烧的效率。论文结合O2/CO2循环燃烧的特点,对一种新型的基于高温氧吸附的制氧技术开展研究。这一技术利用钙钛矿型氧化物作为氧载体吸附剂直接制取O2/CO2混合气体。因此对钙钛矿型氧化物的吸附特性的研究具有重要的理论意义和应用价值。
　　本文通过固定床实验、X射线衍射分析以及碘滴定等手段对钙钛矿型氧化物的制备、反应性能及循环特性等进行了研究。主要的实验内容和结论如下:
　　本文采用柠檬酸溶胶凝胶法和EDTA-NH4·OH法制备了几种掺杂了不同金属元素的钙钛矿型金属氧化物,并对其进行了X射线衍射分析。结果表明,采用EDTA-NH4·OH法制备的钙钛矿型金属氧化物晶体成长更稳定,产物更纯净,颗粒分布更均匀。
　　针对钙钛矿型氧化物与CO2反应的特点,设计了一套固定床实验装置,该装置通过切换流经管式炉的气体成分来实现钙钛矿型氧化物在两个反应器中循环反应的模拟。利用烟气分析仪研究比较四种不同的钙钛矿型金属氧化物的释氧过程的浓度变化和释氧性能以及循环特性,得到新型的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)性能较其他三种最优。
　　分别对BSCF和SrCo0.8Fe0.2O3-δ(SCF)的反应特性进行了研究和比较,其中BSCF的最佳反应条件为,800℃1小时预处理后870℃氧脱附。而SCF的最佳反应条件为,800℃吸附1小时后850℃下脱附。而BSCF与CO2反应30分钟后转化率已经较高,并且完成一个循环后能够完全转化成原来的物相。两种样品的循环反应在几个循环内的循环性能良好,没有明显的衰减,循环性能良好。
　　最后利用碘滴定法对BSCF和SCF中的表征氧缺陷的氧非化学计量数δ进行了测量,根据所得氧缺陷δ值算得相应的BSCF和SCF与CO2反应的方程,结果表明SCF的理论释氧量要高于BSCF和其他几种钙钛矿型氧化物。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 制氧技术简介

1.3 新型链式制氧技术的研究进展

2 钙钛矿型氧化物的特性及制备方法

2.1 钙钛矿型氧化物简介

2.2 钙钛矿型氧化物的应用

2.3钙钛矿型氧化物的制备方法

3 几种不同钙钛矿型氧化物的制备及反应特性

3.1 钙钛矿型氧化物的制备

3.2 钙钛矿型氧化物的X射线衍射分析

3.3 钙钛矿释氧性能实验

3.4 本章小结

4.1 吸附条件对新鲜BSCF释氧性能的影响

4.2 第二次循环BSCF的反应特性

4.3 脱附温度对BSCF的影响

4.4 BSCF循环特性

4.5 BSCF反应前后XRD分析

4.6 BSCF氧非化学计量数的测定

4.7 本章小结

5 SCF与CO2反应性能的研究

5.1 SCF的实验台架

5.2 SCF的吸附条件的影响

5.3 脱附温度对SCF释氧性能的影响

5.4 SCF的循环性能研究

5.5 SCF的氧非化学计量数的测定

5.6 SCF与BSCF的释氧性能比较

5.7 本章小结

6 总结及展望

6.1 全文总结

6.2 研究特色和创新点

6.3 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文