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改質氧化鐵載氧體於化學迴圈程序之還原氧化動力評估

為了解決honda 1100價格的問題，作者巫采蓉 這樣論述：

氫氣的來源相當多元化且使用後主要產物為水，具有低污染的優點。而現今之製氫技術朝向水分解產氫之脈絡發展，因此使用化學迴圈程序分解水產氫技術值得研究探討。化學迴圈產氫程序利用載氧體在三個反應器之間與燃料、水氣、與空氣間交互氧化還原反應並連續迴圈循環，分別於燃料反應器獲得高純度二氧化碳、水蒸氣反應器進行水分解產氫與空氣反應器將載氧體反應回至原始狀態，此被視為一項具有不需CO2分離程序、低環境衝擊、高能源效率之能源技術。此技術提供氧化所需氧原子來源為金屬氧化物載氧體，而三氧化二鐵(Fe2O3)具有高度機械強度、高載氧率、低成本等，因此被廣泛應用於此製程技術，但其多種的氧化相態，與燃料氣體進行還原反應

時將有顯著的遲緩現象，且經多數迴圈後材料會有嚴重的顆粒團聚，限制了產氫的反應效能。 本研究將以不同金屬離子摻雜Fe2O3以SEM、XRD和ICP分析觀察其表面、組成結構之變化以及不同金屬離子摻雜之含量，再於熱重分析儀模擬其還原活性，以期了解還原反應動力。實驗結果顯示添加微量金屬離子可改善其氧化鐵在不同氣氛下於600˚C-900˚C間之還原性能，反應速率將會隨著溫度的提升而增加，且在高溫下可判斷出屬於三個階段之還原反應。此外載氧體的還原反應可視為一個相態轉換過程，改質過之氧化鐵與純氧化鐵在不同氣氛下所得到之反應型態屬於一階反應。由於三氧化二鋁具有耐高溫、價格低廉及產量豐富之特性，因此本研究使

用三氧化二鋁做為惰性擔體應用於化學迴圈程序中，並使用固定床反應器搭配氫氣感測器分析在不同改質之氧化鐵搭配三氧化二鋁複合載氧體系統之水分解產氫效能與氧化反應動力，其材料分析方面以XRD、SEM以及孔隙率觀察其經化學迴圈程序反應前後之表面結構組成與剖面結構變化，進而評估不同金屬離子摻雜氧化鐵載氧體於化學迴圈水分解產氫技術之可行性。結果顯示，摻雜不同金屬離子可有效增強其氧化反應時與水蒸氣之反應進而提升其反應速率，同時提高氧化鐵之氫氣產生量。其中以FA、Ca-FA和Co-FA載氧體之氧化轉化率曲線獲得之斜率介於1-2之間，推測其氧化階段反應屬於一階反應(First-order reaction)；而M

g-FA和Cu-FA其氧化轉化率之斜率接近於1.0，可視為相界控制 (Phase-boundary controlled)機制。