氧气在自然界中含量丰富并广泛应用在能源、冶金、化学、国防、医疗保健等行业。化学链空气分离技术是一种新型的制氧技术,具有能耗低、成本低、操作简单、制氧纯度高等优点,得到制氧领域的高度关注。其中载氧体的研发是化学链技术工业化应用的基础与关键。在反应性能方面,适用于CLAS技术的载氧体应该保证有较快的吸释氧速率与较大的吸释氧量,同时也应具有良好的循环稳定性。研究发现,复合金属载氧体能有效改善单金属载氧体自身具有的局限性。因此本文以铜锰复合金属氧化物载氧体为研究对象,采用实验方法研究了复合载氧体的吸释氧性能。研究内容与结论如下:(1)采用热重分析仪,研究了制备参数对复合载氧体吸释氧性能的影响。研究发现:采用机械混合法制备的载氧体在释氧量与释氧稳定性上明显高于采用溶胶凝胶法制备的载氧体;随着煅烧温度的升高,载氧体的释氧时间减少,反应速率加快。煅烧温度达到950℃时,载氧体的吸氧反应速率降低。煅烧时间分别是6h与10h的载氧体在吸释氧性能上差别并不明显,且均能在较短的时间内完成吸释氧反应,这说明载氧体在制备过程具有良好的高温稳定性。综上所述,本文选取机械混合法,在950℃下煅烧6h为载氧体的最佳制备参数。(2)基于物相分析等方法对载氧体的物理性能进行了表征。研究发现:在复合载氧体制备过程中,活性成分与惰性载体未发生复合反应;采用不同制备参数制备的载氧体在物相组成上并未有明显区别。新制备载氧体的物相为(Cu,Mn)3O4与ZrO2,释氧后载氧体的物相为CuMnO2与ZrO2;采用机械混合法制备载氧体的成相晶粒尺寸范围为16～18nm,采用溶胶凝胶法制备载氧体的成相晶粒尺寸范围为14～15nm。(3)对选取的最优制备参数的载氧体进行了热态实验分析。研究发现:与铜基载氧体相比,复合载氧体在650～850℃下即可发生释氧反应,降低了铜基载氧体的释氧温度区间。此外,反应器进气流量越大,载氧体完成吸释氧反应所需时间越少,反应速率越快;在释氧反应中,反应温度越高、进气氧浓度越低,载氧体的释氧速率越快;在吸氧反应中,反应温度越低、进气氧浓度越高,载氧体的吸氧速率越快;随载氧体颗粒直径增加,载氧体的吸释氧反应时间减小,反应速率加快。(4)以热态实验数据为基础,进行了载氧体的等温动力学研究。研究发现:在释氧反应过程中,复合载氧体的反应模型为收缩核模型(球对称)R2,反应级数n=2;在吸氧反应过程中,复合载氧体的反应模型为随机核化长大模型A2,反应级数n=2。载氧体在释氧反应的活化能顺序为Cu/Mn/Zr 2:1:1