铁铜氧载体晶格氧选择性驱动石油焦化学链气化过程中合成气提质与硫释放机制研究

针对高硫石油焦(PC)化学链气化(CLG)过程中合成气品质低、硫转化机制不明的问题，研究人员通过浸渍法(I–CuFe)和溶胶-凝胶法(S–CuFe)制备铁铜氧载体(OCs)，揭示了晶格氧(O*)选择性调控合成气(CO/H2达90%)与硫形态(H2S/SO2)转化的差异机制，为固体废弃物高值化利用提供理论依据。

　　

石油焦(PC)作为炼油工业的固体废弃物，因其高硫含量、低反应活性成为环境治理与资源化利用的难题。传统气化技术面临氮气稀释导致合成气品质差、纯氧成本高等瓶颈。化学链气化(CLG)通过氧载体(OCs)晶格氧(O*)的定向传递，实现燃料部分氧化与硫协同转化，但晶格氧选择性调控机制尚不明确。浙江大学能源清洁利用国家重点实验室团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，通过对比浸渍法(I–CuFe)与溶胶-凝胶法(S–CuFe)制备的铁铜氧载体，揭示了晶格氧形态差异对石油焦CLG过程的调控规律。

研究采用X射线衍射(XRD)、能量色散谱(EDS)表征OCs元素分布，热重分析(TGA)测定氧释放性能，结合流化床反应器评估气化效率。结果表明：S–CuFe因高度分散的CuFe₂O₄尖晶石结构和丰富氧空位，促进碳转化率达96.8%，合成气效率90%(CO 35%/H₂ 55%)；而I–CuFe因晶格氧丰度高，催化水煤气变换反应(WGS)生成更多CO₂/H₂O。硫转化方面，S–CuFe的高结晶度促使H₂S释放，而I–CuFe初期主要生成SO₂。

Characteristics of oxygen carriers
XRD显示S–CuFe的CuFe₂O₄衍射峰更强，EDS证实其表面Cu/Fe分布更均匀。TGA表明I–CuFe氧传输容量高，但S–CuFe氧空位浓度达I–CuFe的1.8倍。

Conclusions
溶胶-凝胶法制备的OCs通过调控CuFe₂O₄晶型(y=1.2)与氧空位，实现合成气高效选择性与硫形态定向转化，为PC-CLG工艺设计提供了"结构-活性"关系的理论支撑。该研究不仅推动高硫有机固废清洁转化，还为多金属氧载体的理性设计开辟新思路。