数十年来,由于人们过度依赖化石燃料导致全球环境中CO2浓度急剧上升,温室气体CO2引起的全球气候变化逐渐成为全世界关注的焦点。我国是个煤炭大国,亟需研发能够有效控制燃煤CO2排放的新技术。化学链燃烧技术作为一项很有应用前景的CO2捕集技术,引起了国内外研究者的极大兴趣,目前其研究重点在固体燃料化学链燃烧和廉价高效载氧体的开发。针对目前钙基载氧体还原反应过程中存在的大量SO2气体析出,以及铁基载氧体反应活性较低的问题,本文提出了在两种载氧体表面分别负载Fe2O3和CuO活性组分的解决方案,进而开展了基于Fe2O3/CaSO4和CuO/Fe2O3两种复合载氧体的模拟煤气化学链燃烧实验研究,研究了复合载氧体与模拟煤气之间的反应机理和复合载氧体的持续循环特性,重点研究了两种复合载氧体添加助剂(Fe2O3,CuO)后对提高基体(CaSO4,Fe2O3)反应性能起到的作用。　　 针对CaSO4载氧体反应过程中存在的SO2析出问题,本文选用Fe2O3作为助剂,CaSO4颗粒为基体,采用化学浸渍法合成四种负载不同Fe2O3含量的Fe2O3/CaSO4复合载氧体,在小型固定床反应器中对所制备的Fe2O3/CaSO4系列复合载氧体进行模拟煤气化学链燃烧实验研究。还原反应温度的升高能够有效降低出口气体产物中还原性气体CO和H2浓度,提高出口CO2浓度,同时SO2气体浓度也略微增加。在相同实验条件下通过与空白样CaSO4载氧体模拟煤气化学链燃烧实验对比可以发现,助剂Fe2O3的添加可以显著提高CaSO4载氧体的反应活性,且随着负载量的增加,其反应活性也随之提高,当Fe2O3负载量达到20％时,继续增加负载量则不能明显提高复合载氧体的反应活性。添加助剂后SO2气体浓度显著降低的原因是,Fe2O3助剂在基体表面形成大量的铁基反应活性中心,迅速吸附模拟煤气中CO和H2气体,使得载氧体周围形成局部高浓度的还原性气氛,从而抑制副反应的发生,大幅降低气体产物中SO2浓度。XRD分析结果显示铁基助剂的添加能够阻止生成CaO副反应的发生,有效地抑制CaSO4基体中S元素的逸出。在此基础上进一步对Fe2O3/CaSO4复合载氧体的持续循环特性进行了考察。随着循环次数的增加,CO2的浓度和CO转化率均先增加后减小,H2气体转化率则逐渐降低,而其中SO2气体浓度则由于复合载氧体表面流化作用先下降后增加。BET和SEM分析显示助剂Fe2O3均匀地分布于基体CaSO4表面,并且复合载氧体在反应后颗粒变得疏松。XRD分析表明经过多次循环之后还原产物中仍存在大量CaS,表明助剂Fe2O3能够保持CaSO4基体的反应活性。　　 针对铁基载氧体在化学链燃烧反应过程中反应活性较低的问题,本文采用反应活性较高的CuO为助剂,Fe2O3颗粒为基体,采用相同的化学浸渍法对Fe2O3载氧体进行改性,制备出四种负载不同CuO含量的CuO/Fe2O3复合载氧体,并在小型固定床上进行了基于CuO/Fe2O3系列复合载氧体模拟煤气化学链燃烧实验研究。在相同实验条件下通过与空白样Fe2O3载氧体模拟煤气化学链燃烧实验对比分析后发现,助剂CuO的添加能够加快初期模拟煤气与复合载氧体之间的反应速率,从而提高还原性气体(CO和H2)的转化率,并且随着助剂CuO添加量的增加,复合载氧体的反应活性也越高,当CuO负载量为5％时,该复合载氧体反应性能最佳,继续增加负载量则不能显著提升复合载氧体的反应活性。对复合载氧体的循环特性的研究表明,随着循环次数的增加,复合载氧体的反应性能呈现先上升后下降的趋势,在第十次循环之后,该复合载氧体反应活性明显降低,且CuO负载量越高,复合载氧体的反应活性下降越快,其主要原因是还原产物中低熔点Cu引起复合载氧体颗粒团聚使得部分Cu,Fe原子失去载氧能力,导致CuO/Fe2O3复合载氧体逐渐失活,XRD及SEM-EDX等表征分析进一步证实了上述结论。　　 本文通过在CaSO4和Fe2O3两种载氧体表面分别负载Fe2O3和CuO活性组分,有效解决了钙基载氧体SO2析出和铁基载氧体反应活性低的问题,提高了载氧体的性能。