摘要：隨著我國(guó)技術(shù)化和科技化的飛速發(fā)展，各種科技產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，然而使用這些產(chǎn)品的后果就是溫室效應(yīng)、全球變暖，為了有效緩解環(huán)境問(wèn)題，化學(xué)鏈燃燒技術(shù)已經(jīng)成為全球研究的熱點(diǎn)、關(guān)注的熱點(diǎn)。本文利用熱重分析儀等設(shè)計(jì)了一個(gè)小型流化床，對(duì)鐵基載氧體以及CO反應(yīng)進(jìn)行了研究

關(guān)鍵詞：CO反應(yīng)；鐵基載氧體；反應(yīng)特性；化學(xué)鏈燃燒

中圖分類號(hào)：G718.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）18-0105-02

溫室效應(yīng)的流動(dòng)和擴(kuò)散已經(jīng)使地球氣候變得異常，目前所有國(guó)家都致力于溫室氣體排放的關(guān)注以及溫室氣體排放的解決，因?yàn)闇厥倚?yīng)不僅導(dǎo)致我國(guó)的利益受到損害，還嚴(yán)重影響了人類賴以生存的地球的環(huán)境，溫室效應(yīng)的解決已經(jīng)上升到全人類的關(guān)注目標(biāo)了。影響全球溫度變暖的主要原因是石油燃燒、煤炭燃燒、天然氣燃燒、自然氣候變化以及人類共同活動(dòng)，其中石油燃燒、煤炭燃燒、天然氣燃燒已經(jīng)成為溫室氣體的罪魁禍?zhǔn)??；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)是由傳統(tǒng)的一步反應(yīng)轉(zhuǎn)換成燃料進(jìn)行、金屬氧化物相結(jié)合的兩步反應(yīng)，現(xiàn)在最為有效的方式是對(duì)二氧化碳排放量進(jìn)行控制的新型燃燒，也就是化學(xué)鏈燃燒技術(shù)。

一、化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中的鐵基載氧體的特性研究

1.化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中鐵基載氧體概述?；瘜W(xué)鏈燃燒過(guò)程中鐵基載氧體評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有：與空氣反應(yīng)、燃料反應(yīng)的機(jī)械強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性、反應(yīng)活性、抗燒結(jié)、環(huán)境友好、載氧能力、抗團(tuán)聚能力、熱穩(wěn)定性、流化性能以及持續(xù)循環(huán)能力等。目前，載氧體的研究普遍是金屬氧化物，而這些金屬氧化物的耐高溫優(yōu)點(diǎn)和反應(yīng)速率高的優(yōu)點(diǎn)并不是所有都具有，所以，我們通過(guò)其他化合物與載氧體的混合，來(lái)對(duì)載氧體進(jìn)行使用壽命、抗燒結(jié)能力、反應(yīng)特性的提高，而這些混合物不參與到化學(xué)鏈燃燒中，只是作為一種惰性載體。鐵基載氧體具有無(wú)二次污染、容易得到、原料便宜的優(yōu)點(diǎn)。文章通過(guò)一個(gè)小型流化床來(lái)進(jìn)行鐵基載氧體的分析，設(shè)備有稱量天平、超純水裝置、馬弗爐、真空干燥箱、精密定時(shí)電動(dòng)攪拌機(jī)、循環(huán)水式真空泵、數(shù)控超聲波清洗器。

2.化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中鐵基載氧體的研究方法。化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中鐵基載氧體的研究方法是：首先設(shè)定一個(gè)具有壓力范圍和一定溫度的環(huán)境，并要求載氧體可以持續(xù)循環(huán)能力、化學(xué)反應(yīng)速率比較快；然后使用熱重分析來(lái)進(jìn)行，同時(shí)測(cè)出載氧體在不同氣氛下的顆粒擁有增重速率和失重速率，進(jìn)行載氧體反應(yīng)性的評(píng)價(jià)，最后，使用XRD來(lái)進(jìn)行固態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物的檢測(cè)，載氧體進(jìn)行熱力學(xué)結(jié)果的對(duì)比、分析，從而把參與化學(xué)反應(yīng)的氧載體推測(cè)出來(lái)，當(dāng)載氧體開(kāi)始重復(fù)循環(huán)反應(yīng)時(shí)，使用TGA來(lái)進(jìn)行循環(huán)次數(shù)與載氧體質(zhì)量變化的測(cè)量，并開(kāi)始進(jìn)行持續(xù)循環(huán)能力的載氧體評(píng)價(jià)，使用SEM來(lái)進(jìn)行顆粒表面形態(tài)變化氧載體的觀測(cè)，與XRD相結(jié)合組成其他物相進(jìn)行鑒定，全面進(jìn)行氧載體孔縫結(jié)構(gòu)、反應(yīng)活性、抗團(tuán)聚能力、抗燒結(jié)能力以及持續(xù)循環(huán)能力的評(píng)價(jià)。

3.化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中鐵基載氧體的化學(xué)活性。在化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中鐵基載氧體的化學(xué)活性是非常重要的，它體現(xiàn)在氧化還原以及轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)速率中。通過(guò)Fe2O3鐵來(lái)進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)化率的計(jì)算為氧化鐵瞬時(shí)質(zhì)量減去還原為徹底單鐵的質(zhì)量除以氧化質(zhì)量減去還原為徹底單鐵的質(zhì)量之差，如圖1所示。制備方法、積碳、反應(yīng)溫度以及氧化還原次數(shù)與載氧體反應(yīng)活性有關(guān)，所以采用流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)和TGA來(lái)進(jìn)行積碳、循環(huán)次數(shù)、溫度與載氧體活性反應(yīng)關(guān)系的研究。

二、化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中的CO反應(yīng)的特性研究

化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中，CO反應(yīng)的特性通過(guò)MS模擬計(jì)算機(jī)軟件來(lái)進(jìn)行研究，把載氧體活性分組用Fe2O3來(lái)代替，可以把CO高效的進(jìn)行Fe2O3氧化，其中氧化的CO對(duì)Fe2O3鐵和CO的反映起到關(guān)鍵性作用，在反應(yīng)過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)CO2。當(dāng)Fe2O3溫度平穩(wěn)，而CO溫度不等時(shí)，可以看出CO等溫線吸附形式相當(dāng)于朗繆爾方式，吸附物成分中總和的逸散能就是總逸散能，在理想氣體的條件下與壓力等價(jià)，CO在開(kāi)始時(shí)吸附能力隨著壓力的升高而變得先急劇升高，再開(kāi)始大幅度下降，在平衡能力范圍內(nèi)隨著溫度的升高而變得開(kāi)始下降，此時(shí)CO的吸附能力顯示的是放熱。當(dāng)CO在大氣壓下，且溫度分別在473K和273K中，F(xiàn)e2O3表面的CO很快達(dá)到了吸附平衡，溫度在273K的時(shí)候出現(xiàn)吸附能力最大化。在化學(xué)鏈燃燒過(guò)程的前提下，載氧體還原、O-Fe逐漸斷裂、一氧化碳氧化過(guò)程三者息息相關(guān)。CO的氧化過(guò)程是，進(jìn)行Fe2O3團(tuán)簇向O-Fe斷裂轉(zhuǎn)變的計(jì)算勢(shì)能曲線，F(xiàn)e2O3團(tuán)簇頂點(diǎn)位置的鐵與CO進(jìn)行優(yōu)化吸附體制，CO在頂位的鐵中氧化比較活躍。當(dāng)周圍顯示中間態(tài)和初始態(tài)時(shí)，電荷的轉(zhuǎn)移由團(tuán)簇鐵原子向CO進(jìn)行，并且電荷在鐵原子和一氧化碳原子之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)顯示出具有方向性。當(dāng)電荷由鐵原子上面富集到碳原子上面的時(shí)候，O-Fe開(kāi)始破裂，這時(shí)團(tuán)簇上面的CO分子與氧原子開(kāi)始進(jìn)行相互作用的發(fā)生，團(tuán)簇中的氧原子和碳原子都在電荷密度過(guò)渡態(tài)中呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)。

CO2的減排已經(jīng)成為全球能源策略中最為重要的一部分，而我國(guó)CO2減排需要解決的是氮?dú)獍袰O2在燃燒產(chǎn)物中給稀釋，石油燃燒中擁有巨大CO2量，傳統(tǒng)的CO2分離法存在急速降低動(dòng)力系統(tǒng)效率以及消耗能源大的缺點(diǎn)，而化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的出現(xiàn)，改變了火焰燃燒的傳統(tǒng)，使空氣不直接與燃料進(jìn)行解除，形成了無(wú)火焰反應(yīng)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了CO2減排。

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作者簡(jiǎn)介：靳曉婷（1984.12-），女，山西汾陽(yáng)人，助理講師，本科，主要研究化學(xué)教學(xué)。endprint