煅烧温度调控CuFe2O4氧载体性能及其在生物炭化学链气化制富氢合成气中的作用机制

本综述系统探讨了煅烧温度（800-950°C）对溶胶-凝胶法制备CuFe2O4氧载体性能的影响机制。研究发现900°C煅烧样品因具有更高晶格氧含量，在生物炭化学链气化（CLG）过程中通过固-固反应（晶格氧直接氧化生物炭）与气-固反应（Fe0被H2O再氧化）的协同作用，可实现最高1.14 Nm3/kg的H2产率，为生物质能源高效转化提供新策略。

　　

亮点

• CuFe₂O₄氧载体通过固-固反应释放晶格氧将生物炭转化为CO/CO₂。

• 还原生成的Fe⁰在气-固反应中被蒸汽再氧化持续产氢。

• 900°C煅烧样品因菊花样结构形成展现最优氢产率（1.14 Nm³/kg）。

• 过高温度（>900°C）导致Cu⁰表面聚集降低反应活性。

结论

采用溶胶-凝胶法成功制备了不同煅烧温度（800°C至950°C）的CuFe₂O₄氧载体。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积测试（BET）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）和热重分析（TG）等表征发现：随着煅烧温度升高，CuFe₂O₄晶粒尺寸增大、还原温度降低、晶格氧含量增加且释氧能力增强。研究证实，在固-固反应中，CuFe₂O₄的晶格氧是参与生物炭反应的主要活性物种，其完全释放需超过800°C的反应温度。然而过高温度会引发金属铜的表面团聚现象，反而削弱反应活性。在气-固反应阶段，氢气成为主导气体组分——800°C时因独特菊花样结构形成，氢气产率可达0.825 Nm³/kg；而当蒸汽流速优化至90 μL/min时，系统能实现1.14 Nm³/kg的最大氢产率。