袁妮妮，郭拓，白紅存，何育榮，袁永寧，馬晶晶，郭慶杰

（寧夏大學(xué)省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，化學(xué) 化工學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

引 言

具有天然優(yōu)勢(shì)的Fe 基載氧體被廣泛應(yīng)用于CLC 示范和工業(yè)化裝置。一般，通過加入惰性載體(例如：Al2O3，SiO2，MgO，ZrO，TiO2，MgAl2O4等)可有效增強(qiáng)Fe 基載氧體實(shí)際應(yīng)用性[8-12]，并促進(jìn)其在CLC 過程中長周期穩(wěn)定循環(huán)使用。文獻(xiàn)中[13-15]報(bào)道了Fe 基載氧體中加入惰性載體對(duì)其宏觀性能具有促進(jìn)作用。例如，Bolt 等[16]和Abad 等[17]開展了關(guān)于Al2O3惰性載體負(fù)載Fe2O3載氧體(表示為：Fe2O3/Al2O3)CLC 過程中反應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：Al2O3惰性載體與Fe2O3相互作用生成了具有尖晶石結(jié)構(gòu)FeAl2O4，F(xiàn)eAl2O4晶相的生成不僅促進(jìn)了Fe2O3向Fe3O4的轉(zhuǎn)化，而且促進(jìn)了晶格氧的釋放，并且顯著提高了Fe2O3載氧體還原反應(yīng)速率。此外，王保文等[13,18]對(duì)Fe2O3/Al2O3載氧體煤CLC 性能的研究，發(fā)現(xiàn)Al2O3惰性載體加入改變了Fe2O3載氧體顆粒形貌，對(duì)煤CLC 過程具有促進(jìn)作用。至今關(guān)于CLC 過程Fe2O3/Al2O3載氧體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)性能提升的微觀機(jī)理和惰性載體的調(diào)控機(jī)制尚不清楚[16-17]，這對(duì)負(fù)載型Fe基載氧體性能優(yōu)化、工業(yè)應(yīng)用和CLC 過程放大具有重要指導(dǎo)作用。目前相關(guān)機(jī)理研究?jī)H限于Qin 等[19-20]采用量子化學(xué)方法在原子/分子尺度對(duì)Fe2O3載氧體表面添加單個(gè)惰性載體模型表面微觀基元反應(yīng)的研究，缺少顆粒-反應(yīng)器尺度反應(yīng)過程機(jī)理的深入和系統(tǒng)性探究。因此，本文將從原子/分子-顆粒-反應(yīng)器尺度對(duì)Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4燃燒氣-固反應(yīng)過程、產(chǎn)物分布、反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)特性等進(jìn)行系統(tǒng)研究，并進(jìn)一步探究Al2O3惰性載體負(fù)載機(jī)制和調(diào)控作用。研究將是Fe 基載氧體CLC工業(yè)示范裝置和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

反應(yīng)力場(chǎng)分子動(dòng)力學(xué)(reactive force field molecular dynamics,ReaxFF-MD)方法可用于處理大體系多尺度氣-固相復(fù)雜反應(yīng)，并且該方法已廣泛應(yīng)用于復(fù)雜反應(yīng)體系。例如，Zhu 等[21]成功地將ReaxFF-MD方法用于碳?xì)浞肿?C/H/O 元素構(gòu)成的小分子)分別在金屬Cu 和CuO 表面的催化轉(zhuǎn)化和CLC 過程反應(yīng)機(jī)理研究，計(jì)算精度與量子化學(xué)密度泛函理論計(jì)算相當(dāng)，計(jì)算效率高，處理體系更大。此外，Li 等[22]關(guān)于不同燃料熱解和燃燒反應(yīng)ReaxFF-MD 模擬也證實(shí)了其應(yīng)用的有效性。因此，ReaxFF-MD 方法可應(yīng)用于化學(xué)鏈過程載氧體表面多相復(fù)雜反應(yīng)過程模擬。至今關(guān)于CLC 過程惰性載體負(fù)載Fe 基載氧體表面CH4燃燒氣-固反應(yīng)過程及其氣相產(chǎn)物生成機(jī)制的ReaxFF-MD 研究，文獻(xiàn)中鮮有報(bào)道。CH4燃燒作為CLC 過程重要組成部分，關(guān)系CLC 過程放大效果和過程強(qiáng)化，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要的實(shí)際和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

本文擬借助ReaxFF-MD 方法[23-25]，對(duì)CLC 過程中應(yīng)用廣泛的Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4反應(yīng)過程模擬，考察溫度對(duì)反應(yīng)過程的影響；探究反應(yīng)過程中間體、自由基小分子及其產(chǎn)物分布隨時(shí)間變化；模擬CLC 過程反應(yīng)器內(nèi)載氧體顆粒表面CH4反應(yīng)過程，一方面，從分子-顆粒尺度探究反應(yīng)器內(nèi)氣體產(chǎn)物(CO2/CO/H2/H2O)的生成機(jī)制，進(jìn)一步為反應(yīng)器內(nèi)氣體產(chǎn)物種類的調(diào)控提供理論依據(jù)；另一方面，探究CLC 過程Al2O3惰性載體對(duì)Fe2O3-CH4體系反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，并采用ReaxFF-MD 方法，從分子-顆粒-反應(yīng)器尺度探究CLC 過程Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4反應(yīng)過程(表示為：Fe2O3/Al2O3-CH4)的調(diào)控機(jī)制，揭示Al2O3惰性載體負(fù)載對(duì)Fe2O3載氧體反應(yīng)性調(diào)控的微觀機(jī)制，為負(fù)載型Fe基載氧體產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)研究。

1 模型與計(jì)算方法

文中計(jì)算是采用阿姆斯特丹計(jì)算平臺(tái)(Amsterdam modeling suite，AMS)中反應(yīng)力場(chǎng)分子動(dòng)力學(xué)ReaxFF 模塊[26]完成。主要對(duì)CLC 過程反應(yīng)器內(nèi)Fe2O3/Al2O3-CH4體系反應(yīng)過程ReaxFF-MD 模擬。計(jì)算中采用ReaxFF 模塊自帶C/H/O/Fe/Al/Ni/Cu/S/Cr/Si/Ge 力場(chǎng)參數(shù)[27-28]，并采用NVT 正則系綜分子動(dòng)力學(xué)(NVT-MD)方法進(jìn)行計(jì)算，步長為0.25 fs，模擬反應(yīng)溫度分別為1500、2000、2500、3000、3500 和4000 K，探究不同溫度Fe2O3/Al2O3-CH4體系反應(yīng)特性。計(jì)算模型由載氧體與CH4分子共同構(gòu)成。反應(yīng)前計(jì)算模型在298 K 進(jìn)行了20000 步非反應(yīng)(nonreaction)弛豫過程，使其處于基態(tài)。ReaxFF-MD 模擬過程累積1000000 步，總時(shí)長250 ps。計(jì)算中通過提高反應(yīng)溫度的方式有效增加分子有效碰撞次數(shù)，使反應(yīng)盡量在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生并完成[29]。通過反應(yīng)溫度的選擇合理選取模擬計(jì)算所需時(shí)長，提高計(jì)算效率，該處理方法已在文獻(xiàn)[25,30]中報(bào)道，具有計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好的特征[31]。

文中選取α-Fe2O3(001)低指數(shù)晶面[32-35]，并以Fe—O3—Fe…為反應(yīng)表面的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為原胞，2×2擴(kuò)胞得到超胞模型，如圖1 所示。模型中間部分為Fe2O3/Al2O3載氧體，載氧體部分共包含15 層810 個(gè)原子，上下表面各4 層為Fe2O3活性組分構(gòu)成的反應(yīng)表面，中間7 層由Al2O3惰性載體構(gòu)成。反應(yīng)過程中Al2O3惰性載體中間3 層原子(藍(lán)色標(biāo)記部分)固定，剩余原子均弛豫，上下最表層均為CH4分子，該結(jié)構(gòu)為馳豫后穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，計(jì)算中選取30 ?× 30 ?× 60 ?(1 ?=0.1 nm)周期性盒子進(jìn)行ReaxFF-MD 模擬。該模型更接近于實(shí)驗(yàn)中負(fù)載型Fe 基載氧體顆粒結(jié)構(gòu)和惰性載體負(fù)載量(m(Al2O3)∶m(Fe2O3)= 40 ∶60)，本文計(jì)算模型尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

圖1 Fe2O3/Al2O3載氧體與CH4反應(yīng)模型Fig.1 The model of Fe2O3/Al2O3oxygen carrier reacted with CH4

ReaxFF-MD 計(jì)算中，通過勢(shì)能(potential energy)計(jì)算體系能量和反應(yīng)過程中能量變化趨勢(shì)。勢(shì)能由反應(yīng)體系不同部分能量共同構(gòu)成[31,36]，具體如式(1)所示：

式中，勢(shì)能Epotentialenergy分別由鍵能(Ebond)、過飽和鍵能(Eover)、不飽和鍵能(Eunder)、鍵角能(Eval)、共價(jià)鍵修正能(Epen)、二面角能(Etors)、共軛能(Econj)、范德華相互作用能(EvdWaals)和庫侖作用能(Ecoloumb)共同構(gòu)成。在ReaxFF模塊勢(shì)能計(jì)算中，各部分能量與鍵級(jí)(bond order)有關(guān)，而鍵級(jí)則是由鍵之間距離決定，如式(2)所示：

近日讀紹興文理學(xué)院人文學(xué)院教授鄒志方先生所著《陸游研究》一書，其中竟有陸游 “初仕瑞安” 一節(jié)。文章從生平考察，作品考察，相關(guān)材料考察三個(gè)方面進(jìn)行論述。文章多處以推理、猜想的方式，草率地下結(jié)論。在難以自圓其說的地方，則以 “應(yīng)該承認(rèn)是史實(shí)”“應(yīng)作于”“肯定會(huì)”“似乎不大可能”來搪塞。例如 “曾幾的口許要兩年半才實(shí)現(xiàn)，似乎不大可能”“二十六年冬出仕即官瑞安主簿的可能性，則相對(duì)大一些”①等等。拜讀之余，驚詫不已。為此順著鄒先生的三方面，就陸游有否“初仕瑞安”與鄒先生商榷。

2 結(jié)果與討論

2.1 模擬溫度

分別考察了溫度為1500、2000、2500、3000、3500和4000 K 時(shí)，CLC 過程Fe2O3/Al2O3-CH4體系反應(yīng)過程ReaxFF-MD 模擬。首先，探究了反應(yīng)溫度對(duì)體系勢(shì)能的影響，如圖2(a)所示。由圖可知，不同反應(yīng)溫度Fe2O3/Al2O3-CH4體系勢(shì)能曲線不同。當(dāng)反應(yīng)開始后，隨著中間體、自由基小分子和產(chǎn)物的生成，體系勢(shì)能逐漸降低，并且反應(yīng)溫度越高體系勢(shì)能降低越明顯，表明反應(yīng)過程為放熱，高溫有利于Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4氧化。其中，反應(yīng)溫度為3000 K時(shí)，隨著反應(yīng)進(jìn)行體系勢(shì)能曲線逐漸降低，在200～250 ps時(shí)，勢(shì)能降至最低并基本保持穩(wěn)定，為最低勢(shì)能曲線，表明CH4氧化體系達(dá)到反應(yīng)平衡，CH4分子數(shù)目降至最低并且基本穩(wěn)定，如圖2(b)所示。因此，3000 K 是CH4在Fe2O3/Al2O3載氧體表面氧化放熱的較優(yōu)溫度。

圖2 化學(xué)鏈燃燒過程CH4在Fe2O3/Al2O3載氧體表面不同溫度氧化勢(shì)能曲線(a)和CH4分子數(shù)目變化趨勢(shì)(b)(1 kcal=4.18 kJ)Fig.2 Potential energy curves(a)and the number of CH4molecules(b)of the oxidation of CH4 on the surface of Fe2O3/Al2O3 oxygen carriersin chemical looping combustion at various temperature

此外，考察了反應(yīng)過程中不同溫度下CH4分子數(shù)目變化趨勢(shì)，如圖2(b)所示。由圖可知，不同反應(yīng)溫度下CH4分子不斷被氧化減少，變化趨勢(shì)與反應(yīng)過程體系勢(shì)能變化一致。當(dāng)反應(yīng)溫度大于等于3000 K 時(shí)，反應(yīng)體系逐漸達(dá)到平衡，CH4分子數(shù)目降至最低甚至為零。以上研究表明：CH4在Fe2O3/Al2O3載氧體表面的氧化過程為放熱反應(yīng)，3000 K 時(shí)放熱量最大，為較優(yōu)反應(yīng)溫度。

2.2 CH4氧化過程及其產(chǎn)物分布

圖3 是Fe2O3/Al2O3-CH4和Fe2O3-CH4體系化學(xué)鏈燃燒過程模擬結(jié)果，包括生成中間體和產(chǎn)物的時(shí)間及生成量曲線，曲線斜率代表生成速率。該過程中Fe2O3/Al2O3和Fe2O3載氧體主要提供CH4氧化所需晶格氧，Al2O3惰性載體對(duì)氧化過程具有顯著調(diào)控作用。由圖3(a)可知，在3000 K 較優(yōu)反應(yīng)溫度，F(xiàn)e2O3/Al2O3-CH4體系反應(yīng)過程、中間體、產(chǎn)物及其反應(yīng)速率等如下所示：

圖3 3000 K化學(xué)鏈燃燒過程CH4分子在載氧體表面反應(yīng)過程產(chǎn)物分布及其分子數(shù)目Fig.3 Production distribution and their molecule number of the reaction process of CH4 on thesurface of oxygen carriers during chemical looping combustion at 3000 K

隨著CH4分子不斷被氧化分子數(shù)目逐漸減少。首先，主要發(fā)生式(3)反應(yīng)生成產(chǎn)物H2O，整個(gè)反應(yīng)過程隨著反應(yīng)進(jìn)行，H2O 分子逐漸增加；175 ps 時(shí)，式(3)反應(yīng)達(dá)到平衡，H2O 分子數(shù)目達(dá)到最大并保持穩(wěn)定。式(4)反應(yīng)產(chǎn)物為H2，H2分子數(shù)目明顯低于H2O分子數(shù)目。反應(yīng)進(jìn)行到15 ps時(shí)，式(5)反應(yīng)開始生成產(chǎn)物CO。反應(yīng)分別進(jìn)行到40 ps和75 ps時(shí)，式(6)和式(7)反應(yīng)分別開始生成產(chǎn)物CO2和C。反應(yīng)進(jìn)行到190 ps 時(shí)，CO2和C 產(chǎn)物均消失，CO 產(chǎn)物分子數(shù)目略微增大，表明CO2和C 再反應(yīng)生成CO 產(chǎn)物，發(fā)生式(8)反應(yīng)，有利于合成氣CO和H2生成。

根據(jù)上述反應(yīng)過程，燃料反應(yīng)器中CH4在Fe2O3/Al2O3載氧體表面氧化反應(yīng)及其反應(yīng)速率如圖4所示。

圖4 化學(xué)鏈燃燒過程CH4在Fe2O3/Al2O3載氧體表面反應(yīng)過程及產(chǎn)物示意圖Fig.4 Schematic of the reaction process and production distribution of CH4 on the surface of Fe2O3/Al2O3 oxygen carrier during chemical looping combustion

Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4氧化過程，反應(yīng)從式(3)到式(8)順序依次進(jìn)行，反應(yīng)速率如下：

式(6)和式(7)反應(yīng)生成產(chǎn)物CO2和C，然后CO2和C 發(fā)生式(8)反應(yīng)生成CO，體系中CO 分子數(shù)目略微增加。

如圖3(b)所示，CLC 過程燃料反應(yīng)器內(nèi)Fe2O3載氧體表面CH4氧化反應(yīng)、產(chǎn)物分布和反應(yīng)速率等如下所示：

由圖3(b)可知，CH4在Fe2O3載氧體表面氧化反應(yīng)過程中，隨著CH4分子不斷氧化減少，首先，主要發(fā)生式(9)反應(yīng)生成產(chǎn)物H2O，并且整個(gè)反應(yīng)過程中，生成H2O分子數(shù)目最多。式(10)反應(yīng)生成產(chǎn)物H2，H2分子數(shù)目明顯低于H2O，k7遠(yuǎn)大于k8。反應(yīng)進(jìn)行到10 ps 時(shí)，式(11)反應(yīng)開始生成產(chǎn)物CO2，該反應(yīng)很快達(dá)到平衡。反應(yīng)進(jìn)行到20 ps 時(shí)，式(12)反應(yīng)開始發(fā)生，生成產(chǎn)物CO。隨著反應(yīng)進(jìn)行CH4分子數(shù)目進(jìn)一步減少，CO生成速率出現(xiàn)先增大后穩(wěn)定的趨勢(shì)。

Fe2O3表面CH4氧化燃燒過程如圖5 所示，反應(yīng)從式(9)到式(12)順序依次進(jìn)行，且反應(yīng)速率關(guān)系為：k7＞k8＞k10＞k9。該過程不同于Fe2O3/Al2O3表面CH4氧化過程，反應(yīng)速率明顯降低。Fe2O3表面反應(yīng)產(chǎn)物中包含了CO2，而Fe2O3/Al2O3表面生成的CO2與C 再反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為CO，表明Fe2O3/Al2O3表面CH4氧化過程有利于合成氣(CO和H2)的生成。

圖5 化學(xué)鏈燃燒過程CH4在Fe2O3載氧體表面氧化過程及產(chǎn)物示意圖Fig.5 Schematic of the oxidation process and production distribution of CH4 on the surface of Fe2O3oxygen carrier during chemical looping combustion

由Al2O3惰性載體負(fù)載前后Fe2O3載氧體表面CH4氧化過程模擬可知：Al2O3惰性載體加入影響CH4在Fe2O3載氧體表面的氧化過程，主要表現(xiàn)為反應(yīng)體系勢(shì)能、產(chǎn)物種類、反應(yīng)過程和中間體等不同，并且生成相同產(chǎn)物速率不同。反應(yīng)過程特征如下。

(1)反應(yīng)過程體系勢(shì)能不同。3000 K 較優(yōu)反應(yīng)溫度時(shí)，F(xiàn)e2O3/Al2O3載氧體表面CH4氧化反應(yīng)過程體系勢(shì)能明顯低于Fe2O3載氧體表面，表明Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4氧化過程放出更多熱量。

(2)反應(yīng)過程、中間產(chǎn)物及其速率不同。3000 K時(shí)，F(xiàn)e2O3/Al2O3載氧體表面CH4氧化過程，生成產(chǎn)物H2O的速率明顯高于Fe2O3載氧體表面反應(yīng)，即k1＞k7，生成產(chǎn)物H2O分子數(shù)目明顯多于Fe2O3載氧體表面氧化過程。而H2的生成則是Fe2O3載氧體表面過程速率較高，即k2＜k8。此外，F(xiàn)e2O3/Al2O3載氧體表面CH4氧化過程，產(chǎn)物CO2和C 再反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO[式(8)]，該過程有利于合成氣產(chǎn)物CO 和H2生成。而Fe2O3載氧體表面反應(yīng)生成產(chǎn)物CO2和CO，相同產(chǎn)物生成量不同。

2.3 Al2O3惰性載體作用機(jī)制

為了探究Al2O3惰性載體對(duì)Fe2O3-CH4體系反應(yīng)過程的作用機(jī)制，首先考察了Al2O3惰性載體對(duì)體系反應(yīng)過程晶格氧釋放量的影響，釋氧量越大，越有利于CH4氧化。晶格氧釋放量X計(jì)算過程如式(13)所示：

式中，Q0和Q1分別表示反應(yīng)開始和結(jié)束時(shí)載氧體中晶格氧數(shù)目。通過式(13)計(jì)算得到Fe2O3-CH4和Fe2O3/Al2O3-CH4體系晶格氧釋放量分別為32.1%和35.7%，表明Al2O3惰性載體存在增大了Fe2O3載氧體中晶格氧的釋放量。

在3000 K 較優(yōu)反應(yīng)溫度下，探究Al2O3惰性載體加入對(duì)Fe2O3-CH4體系氧化過程勢(shì)能的影響，如圖6 所示。由圖可知，F(xiàn)e2O3-CH4體系初始勢(shì)能最低；10～250 ps之間，體系反應(yīng)達(dá)到平衡，勢(shì)能基本保持穩(wěn)定，體系熱量不再變化。然而，F(xiàn)e2O3/Al2O3-CH4體系整個(gè)氧化過程中勢(shì)能逐漸降低，并且勢(shì)能明顯低于Fe2O3-CH4體系氧化過程，放熱效果顯著，表明Al2O3惰性載體負(fù)載Fe2O3載氧體表面更有利于CH4氧化放熱，促進(jìn)CO 和H2合成氣產(chǎn)物生成。該結(jié)果與王保文等[13]和Hu 等[37]關(guān)于Fe2O3/Al2O3載氧體分別用于煤CLC 和水稻秸稈化學(xué)鏈氣化過程反應(yīng)性增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。CLC/氣化過程中，F(xiàn)e2O3載氧體反應(yīng)性增強(qiáng)主要是Al2O3惰性載體加入使Fe2O3載氧體顆粒表面積和孔徑等微觀形貌結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果。本文ReaxFF-MD 計(jì)算表明：Al2O3惰性載體增強(qiáng)了CLC過程中Fe2O3表面CH4氧化，主要是Al2O3惰性載體與Fe2O3活性組分相互作用，對(duì)Fe2O3載氧體顆粒中晶格氧具有活化作用，促進(jìn)了Fe2O3活性相中晶格氧的遷移-擴(kuò)散-釋放，從而明顯提高了載氧體中晶格氧的釋放速率和釋放量，有利于CLC 過程CH4氧化轉(zhuǎn)化，作用機(jī)制如圖7 所示。此外，馮于川[38]關(guān)于ZrO 和MgAl2O4惰性載體負(fù)載NiO 載氧體表面CH4和CO 反應(yīng)量子化學(xué)研究，也證實(shí)了惰性載體加入對(duì)NiO 活性相也具有活化作用，主要是降低了表面反應(yīng)活化能。

圖6 3000 K時(shí)CH4分別在Fe2O3和Fe2O3/Al2O3載氧體表面氧化反應(yīng)勢(shì)能曲線Fig.6 Potential energy curves of the reaction process of CH4 on the surface of Fe2O3and Fe2O3/Al2O3oxygen carrier at 3000 K,respectively

圖7 化學(xué)鏈燃燒過程Fe2O3/Al2O3-CH4體系(a)和Fe2O3-CH4體系(b)作用機(jī)制示意圖Fig.7 Schematic of the interaction mechanism of Fe2O3/Al2O3-CH4 system(a)and Fe2O3-CH4 system(b)during chemical looping combustion process

3 結(jié) 論

本文應(yīng)用ReaxFF-MD 方法對(duì)CLC 過程Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4反應(yīng)過程及其中間體、產(chǎn)物種類、反應(yīng)過程熱量變化等進(jìn)行模擬，探究了Al2O3惰性載體加入對(duì)反應(yīng)過程的調(diào)控機(jī)制，主要結(jié)論如下。

(1)不同溫度下，F(xiàn)e2O3和Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4氧化均為放熱過程，反應(yīng)過程勢(shì)能均降低，并且Fe2O3/Al2O3載氧體表面CH4氧化過程勢(shì)能降低更明顯，放出熱量更多。Al2O3惰性載體加入增大CLC 過程Fe2O3-CH4體系反應(yīng)過程熱量輸出。

(2)Al2O3惰性載體對(duì)Fe2O3-CH4氧化過程具有顯著增強(qiáng)作用。Al2O3對(duì)Fe2O3載氧體活性相顆粒中晶格氧的活化作用，促進(jìn)了晶格氧的遷移-擴(kuò)散-釋放，增大了Fe2O3載氧體中晶格氧的釋放速率和釋放量，促進(jìn)CH4氧化。

(3)Al2O3惰性載體添加改變了化學(xué)鏈燃燒過程Fe2O3載氧體反應(yīng)性和Fe2O3/Al2O3-CH4體系反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為。主要是促進(jìn)了Fe2O3載氧體表面CH4氧化，并對(duì)CH4反應(yīng)過程、中間體、產(chǎn)物及其反應(yīng)速率和放熱量等均具有顯著促進(jìn)和調(diào)控作用，促進(jìn)了含C物質(zhì)向合成氣的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，減少了溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)化及碳減排目標(biāo)。