化学链制氧技术中铜-锆氧载体的动力学分析

摘要： 化学链空气分离制氧是利用氧载体在脱氧反应器中脱氧-在吸氧反应器中吸氧、再生实现连续或间断制氧的新颖技术。本研究通过机械混合法制备铜-锆氧载体, 并对制备材料的物相组成、表面形貌及比表面积进行表征, 在STA409PC热重分析仪上采用程序升温法作相关机理探索, 分析气体流量、样品质量、升温速率、惰性载体添加比例对铜-锆氧载体脱氧和吸氧性能的影响。采用等转化率法求解活化能, 采用主曲线法确定动力学模型机理函数。 结果表明, 所制备的铜-锆氧载体物相稳定, 没有烧结现象的发生, 随ZrO2添加比例的增大, 制备氧载体的比表面积逐渐增大; 当气体流量大于30 mL/min, 样品质量小于10 mg时, 氧载体的转化速率已不受样品传热和传质等内外扩散的影响; 随升温速率的增大及惰性载体添加比例的减小, 氧载体反应起始温度、最大反应速率出现温度及转化完全温度均向高温移动。等转化率法计算得到不同转化率下氧载体的活化能基本相同, 且不同惰性载体添加比例下活化能数值也相差不大; 氧载体脱氧和氧化反应都可用成核和核增长机理模型描述, 但模型中两种反应的级数不同, 前者为3, 后者为1.5。