Verbesserung der Reaktivität und Stabilität von Fe2O3/Al2O3 im chemischen Looping-Prozess durch Optimierung des Al2O3-Vorläufers

Sauerstoffträger (OCs) mit hoher Reaktivität und Stabilität sind im chemischen Looping-Prozess sehr gefragt, um einen effizienten Sauerstofftransfer zwischen verschiedenen Reduktionsmittel zu erreichen. Al2O3 ist ein weit verbreiteter Träger zur Herstellung von Fe2O3-basierten OCs aufgrund seiner niedrigen Kosten und anpassbaren Textur. Außerdem wurden unterschiedliche Leistungen für das mit verschiedenen Al2O3-Vorläufern synthetisierte Fe2O3–Al2O3 erzielt; jedoch ist unklar, wie der Typ von Al2O3 die Leistung von Fe2O3-basierten OCs beeinflusst, was die Wahl von Al2O3 bei der Herstellung der OCs verwirrt. In der vorliegenden Arbeit wurden sieben Arten von Al2O3-Vorläufern verwendet, um das Fe2O3–Al2O3 durch mechanisches Mischen herzustellen. Dann wurden die Reaktivität und Stabilität dieser OCs in einem chemischen Looping-Wasserstofferzeugungsprozess bewertet, und die Art und Weise, wie Al2O3 die Leistung von OCs beeinflusst, wurde mittels XRD-, SEM-, BET-, TPR- und XPS-Analysen der kalzinierten Al2O3-Vorläufer und der hergestellten OCs untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die hohe Reaktivität von Fe2O3–Al2O3 auf die verbesserte interne Diffusion, die hohe Sauerstoffdefizienz und den Gehalt an adsorbiertem Sauerstoff zurückzuführen ist. Darüber hinaus implizierte die Struktur-Aktivitäts-Korrelationsanalyse, dass die Mikrotextur eine größere Rolle bei der Reaktivität und Stabilität der OCs spielt im Vergleich zu anderen physikalischen Eigenschaften, und die Fe2O3–Al2O3-OCs mit hoher spezifischer Oberfläche und Porenvolumen erreichten fast 100% Kraftstoffumwandlung, während sie eine höhere Wasserstoffausbeute (1,6 mmol/g Fe2O3) erzielten und ein stabiles Verhalten in Zyklustests zeigten. Darüber hinaus stellten wir im Vergleich zu anderen Eigenschaften der Al2O3-unterstützten OCs fest, dass die Löslichkeit von Al2O3 in Fe2O3 der dominante Faktor ist, der die Hercynitbildung während des Reduktionsprozesses von Fe2O3–Al2O3 beeinflusst.