祝贺课题组刘先宇的论文：Industrial-Scale Preparation of Biore Oxygen Carriers for Chemical Looping Combustion via a Hydroforming Method被Energy & Fuels收录，马琎晨副教授、赵海波教授为通讯作者，博士生刘先宇与毕业生卜恒丰为共同第一作者。

作为一种先进的原位碳捕集技术，化学链燃烧技术已经发展到工业示范阶段，而承担氧传递任务的氧载体是该技术能否落地的关键之一。因此，CLC技术亟需性能优良、成本合适的氧载体及相应的制备工艺。液压成型法是一种极具潜力的氧载体制备方法，通过该方法制备的氧载体显示出良好的机械性能和反应活性。但是，该方法目前只停留在实验室规模阶段。

本文首次将液压成型法制备氧载体工艺扩大到工业规模。利用铜矿石和铁矿石作为活性成分，水泥作为粘合剂。通过预实验和正式测试，对主要制备参数进行了优化。通过长周期实验，测试了工业规模液压成型法制备的铜铁复合矿石氧载体与气体/固体燃料的反应性能。实验包括在热重上的H₂ CLC百次循环实验、在批次流化床上的CH₄ CLC百次循环实验和煤CLC百次循环实验。

图1 液压成型法制备铜铁矿石复合氧载体的工艺流程图

TGA测试结果显示当水泥负载率为20 wt.%时，氧载体表现出优异的抗烧结性能和最佳的反应活性，说明适量、高度分散的惰性材料是必要的。实验室和工业规模液压成型法制备的2种氧载体在TGA和CH₄ CLC测试中表现出相似的反应活性；虽然工业级氧载体IOC@20C的破碎强度比实验室级LOC@20C低0.63 N，但仍能满足CLC对氧载体破碎强度的要求，表明成功将液压成型法发展至工业规模。工业规模制备的氧载体在气体/固体燃料CLC过程表现出良好的性能，在CH₄ CLC中获得了~90 % 的CH₄转化率和＞90%的CO₂选择性，在煤CLC中保持了实现了94%的CO₂产率和95%的燃烧效率。循环实验后，氧载体的比表面积提高、活性相明显不变、孔隙结构良好、元素分布均匀，这说明其在长周期试验中具有良好的反应活性，但由于飞离子的迁移和灰分沉积，发现其有轻微烧结现象。

图2 TGA测试中工业规模液压成型法制备的氧载体性能：全过程(a)和典型循环(b)中的质量变化

本工作受到国家重点研发项目（2022YFE0135500）、国家自然科学基金项目（520250633）和湖北省重点研发项目（2023BCB109）资助。

文章完整信息：

Xianyu Liu, Hengfeng Bu, Guangsheng Zou, Xin Wu, Chaohe Zheng, Jinchen Ma*, and Haibo Zhao*. Industrial-Scale Preparation of Biore Oxygen Carriers for Chemical Looping Combustion via a Hydroforming Method. Energy & Fuels, 2024, 38(7): 6156-6170.

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https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c05190