低温化学链CO2-CH4重整氧载体构建及界面调控
批准号:
52066007
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
36.0 万元
负责人:
祝星
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
祝星
中文摘要
CO2-CH4重整是CO2规模化转化为化学品和燃料的重要手段。与共进料模式的直接重整相比,交替进料模式的化学链CO2-CH4重整工艺具有产物成分可控、避免积碳累积和突破热力学限制的优势。项目针对现有化学链CO2-CH4重整反应温度高及其带来材料烧结、副反应和能效低等问题,提出了构建新型储氧-催化双功能氧载体,开发400-600℃下的低温化学链CO2-CH4重整新工艺。围绕多碳源低温活化机制和储氧-催化耦合方法的关键科学问题,通过氧载体结构-Redox活性间的“构效关系”研究,探究氧载体制备过程中CeO2离子掺杂、Ni合金化、尺度/形貌效应、界面特征等对Redox活性的影响规律,获得铈基氧载体界面调控机制和可控制备方法;并结合原位表征手段和理论计算揭示Redox反应机理。项目的实施将拓展低温化学链应用领域,可促进CO2和CH4高效转化利用。
英文摘要
CO2-CH4 reforming is an important pathway for the largle-scale conversion of CO2 into chemicals and fuels. Compared to the CO2-CH4 reforming in a co-feeding mode, the chemical looping CO2-CH4 reforming scheme in an alternate feeding mode enables to control the composition of the syngas product, avoid the accumulation of the deposited carbon, and breakthrough the thermodynamic limits. While the state-of-art chemical looping CO2-CH4 reforming suffers from the high reaction temperatures that have caused serious sintering of the materials, side reactions, and low energy efficiencies. We proposed to synthesize a bifunctional oxygen carrier acting oxygen storage and catalytic roles to develop a novel low-temperature chemical looping CO2-CH4 reforming scheme at temperatures ranging from 400 to 600 ºC. The two key scientific issues are the mechanism of multiple carbon sources activation and the regulation of interfaces. The influencing rules of ion doping on CeO2, Ni alloying, scale/morphology effects, and interface properties of the oxygen carriers on the redox activity will be explored by the investigation of the structure-activity relationship between the oxygen carriers’ structure and the redox reactivity. Then we will obtain an interface regulation method and a controllable preparation method for the CeO2-based oxygen carriers. The redox mechanism will be also revealed by means of the in situ characterization and the theoretical calculation. The project will expand the low-temperature chemical looping applications and promote the effective conversion of CO2 and CH4.
CO2和CH4均是温室气体和重要资源,其资源化利用对于碳减排具有重要意义。化学链方式为CO2/CH4转化制合成气提供了一条高效途径,对碳减排和CH4资源化将产生重要影响。项目提出了界面调控构建新型储氧-催化双功能氧载体的新思路,开发一种低温化学链CO2-CH4重整新技术,实现了400-600℃下化学链高效转化CO2和CH4制合成气。相关研究成果为低温氧载体设计和制备提供了借鉴,拓展了低温化学链应用领域,可促进CO2和CH4高效转化利用。.项目以化学链干重整及氧载体设计为目标,获得了研究结果:①揭示了CeO2暴露晶面储氧能力及Redox活性的调控规律,获得了最佳反应活性的Ni/CeO2氧载体制备方法;②提出了过渡金属掺杂、Ni合金化、核壳结构等多策略优化的铈基氧载体制备方法,获得了氧载体的氧空位浓度、有效储氧量调控规律;③提出了一种高价态Mn的redox能力实现Ni高分散及低温活化CH4的新方法,为非贵金属CH4活化催化剂的设计提供了一种新的方法;④提出了一种钙钛矿氧化物缺陷工程提升氧载体氧迁移能力及锚定金属Ni粒子的新方法,获得了具有热稳定性和反应活性的钙钛矿氧载体。本项目研究工作在全球化学链技术领域形成了一定的影响力,在铈基氧载体研究方面具有特色优势。.依托本项目,在《Fuel processing technology》《Green Chemical Engineering》《ACS Catalysis》等期刊发表论文11篇;申请专利4项,获授权专利1项;培养硕士研究生7名,在读博士研究生1名;作为大会执行主席或主要负责人承办第二届中国化学链会议、第五届循环流化床国际会议等国内国际会议8次,受邀参加学术讲座或学术报告12次;参与的项目获云南省自然科学奖特等奖(排名第4)、中国稀土科技奖二等奖,项目负责人获中国动力工程学会青年科技奖,入选国家级“重大人才工程”青年学者。
低温化学链乙苯氧化脱氢及铈基氧载体的储氧-催化“时空协同”机制
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:祝星
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依托单位:
化学循环分解水制氢用储氧材料的可控合成及可逆氧形成机理
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批准号:51204083
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2012
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负责人:祝星
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依托单位:
国内基金
海外基金