页岩气是一种清洁、高效的能源资源,乙烷作为页岩气中的第二大组分,其产量在页岩气革命后大幅增长,导致乙烷价格严重下跌。因此,实现乙烷向高附加值的化工原料（乙烯及合成气等）的高效转化是应对乙烷产量激增、价格走低的关键出路,具有重要的研究意义与经济价值。化学链技术借助氧载体等中间介质将单个化学反应在空间或时间上解耦为两个或多个反应,具有反应有序解耦、产物原位分离的优点。高性能的循环载体是化学链技术的关键,也是其由实验室研究推向工业化应用的瓶颈所在。本文从化学链乙烷高值化利用过程的高性能氧载体着手,主要开展了以下两方面工作:首先,采用溶胶凝胶法合成La Fe O3氧载体,在固定床上研究了反应温度和重时空速对氧载体在乙烷化学链干重整（CL-DRE）中性能的影响,以及氧载体的长周期循环性能。实验结果表明La Fe O3氧载体可实现乙烷向合成气的高效转化。被还原的La Fe O3氧载体可以被CO2氧化以实现其晶格氧的恢复,同时CO2被还原为CO,且氧载体颗粒表面的积碳可以通过CO2+C→2CO反应被有效清除。CO2还原的前期阶段CO2转化率接近100%。在20次循环实验中,La Fe O3氧载体的各项性能指标波动幅度较小,表明其具有较好的反应稳定性。对循环反应前后的氧载体进行了XRD、XPS和FESEM等表征分析,进一步证明了氧载体的晶相组成、表面元素分布及价态以及形貌结构均保持良好。然后,采用Ni Fe2O4作为氧载体,研究了反应温度、重时空速和氧化气氛（CO2vs.O2）对氧载体在乙烷化学链氧化脱氢（CL-ODH）中反应性能的影响。基于固定床的实验结果表明,在850℃、60000 L/（kg·h）以及CO2作为氧化剂的条件下,Ni Fe2O4氧载体可得到86.88%的乙烷转化率,同时乙烯选择性高达86.43%,而COx和CH4等副产物的选择性低至3%-5%,无积碳生成。相比O2,采用CO2再生的氧载体可保持几乎相同的乙烷转化率,但乙烯选择性要高出近7%（850℃,60000 L/（kg·h））。XRD分析结果显示O2可将氧载体完全恢复为Ni Fe2O4晶相,而CO2无法完全再生氧载体,发现部分Fe Ni3晶相。XPS结果表明两种气氛下氧化再生后的颗粒近表面Ni元素分布均有所降低。但值得注意的是,CO2气氛下再生颗粒的Ni元素比例更低,且Ni和Fe均向低化学价态转化;CO2再生的氧载体与新鲜氧载体的氧物种保持一致,而O2再生的氧载体颗粒晶格氧比例增大、表面缺陷氧及吸附氧比例减少。在20次循环实验中,乙烷转化率稳定在88%左右,乙烯选择性由85.23%降低至80.56%,总体反应性能较稳定,认为Ni Fe2O4可以作为乙烷化学链氧化脱氢过程理想的氧载体候选。