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摘要
化石能源燃烧产生大量的二氧化碳，其低碳利用至关重要，碳捕集、利用与封存技术是目前唯一能够实现化石能源大规模低碳化利用的减排技术。如何提升碳捕集效率、降低捕集成本是这一过程的关键。化学链燃烧作为新一代的燃烧技术，可在燃烧过程中实现原位碳捕集，具有高燃烧效率和二氧化碳内分离的特点，近年来受到广泛关注。其中，载氧体的选择与研发是该过程高效稳定运行的关键。钙基载氧体因其特有的高载氧量、低成本、易于获得且对环境友好等优势被认为是最具应用潜力的载氧体之一。本文总结了化学链燃烧技术以及六类常见载氧体的原理及发展。重点围绕钙基载氧体，详细介绍了其反应原理，阐述了单组分钙基载氧体应用过程中存在的突出瓶颈问题，即低温下反应性差（动力学决定），高温下又易分解失活，发生一系列副反应，产生氧化钙和二氧化硫等，致使其无法再生（热力学决定）。针对钙基载氧体热力学和动力学性能平衡难的问题，目前已尝试通过控制反应条件、添加剂等多种手段调控反应过程，以强化其反应性和再生性，并且取得了一定的研究进展。本文详细总结了惰性载体、金属氧化物等添加剂对钙基载氧体性能的强化效应和影响机制。其中，惰性载体可有效改善载氧体分散特性进而提升反应性，同时，也有利于强化钙基载氧体的机械强度和抗磨损性，相比较惰性载体，添加金属氧化物对于反应性提升具有更好的效果，尤其是钙铁复合载氧体各方面性能较优。基于目前的研究现状，指出传统的功能强化方法可一定程度改善载氧体性能，但很难从根本上突破其再生性差的瓶颈。解决上述问题未来可从两个方面开展研究工作：使用廉价钙基天然矿石/工业固废等材料作为载氧体以降低其使用成本，结合多种新型手段，探索筛选廉价材料的有效途径，实现廉价材料的定向选择与优化；依靠掺杂和复配等常规手段难以克服单组分钙基载氧体的性能缺陷，重构载氧体的形貌构造和/或晶体结构以调控氧原子和硫原子的迁移转化行为，降低氧传递对硫原子的携带效应，实现再生性能强化。
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