生物质作为一种历史悠久的可再生资源,储存的能量丰富,是一种碳中性燃料。生物质化学链气化技术是一种高效清洁利用生物质能源的新型气化技术,其通过利用载氧体中的晶格氧,完成生物质原料的部分氧化,可见载氧体是整个过程的关键。铁基钙钛矿载氧体由于具有良好的热稳定性、催化活性以及灵活可调的晶体结构,在生物质气化过程中具有广阔的应用前景。本文优化了铁基钙钛矿载氧体的传统制备方法,系统研究了基于铁基钙钛矿载氧体的生物质化学链气化特性,并揭示了该过程中焦油的生成特性及燃料中氮的迁移转化行为。制备高纯度单一钙钛矿相的铁基钙钛矿载氧体,是开展生物质化学链气化特性研究的基础。采用甘氨酸-自燃烧法和柠檬酸-硝酸盐溶胶凝胶法进行铁基钙钛矿载氧体的化学合成,并通过前驱液p H值、柠檬酸用量、热处理温度及煅烧方式等多参数复合调控,优化传统柠檬酸-硝酸盐溶胶凝胶法制备工艺,得到高纯度铁基钙钛矿载氧体的通用制备方法。采用自燃烧法和溶胶凝胶法均可制得具有单一钙钛矿相的La Fe O₃(LF)载氧体,表明LF具有稳定的晶体结构,对制备条件的敏感度较低。Ba Fe O₃(BF)的合成对制备条件的要求更加苛刻,优化后的溶胶凝胶法更适合制备出几乎不含杂相的BF载氧体。在柠檬酸与金属离子的摩尔比为1.5:1、前驱液p H值为8、前驱液蒸发温度为80℃、湿凝胶干燥温度为120℃、预燃烧温度为300℃以及煅烧温度为750℃的条件下,使用马弗炉煅烧得到的钙钛矿载氧体具有最佳的晶体结构。利用热力学软件HSC Chemistry 6.0,分析计算了基于LF载氧体的木屑化学链气化特性,并在小型固定床反应器上开展气化实验,考察了载氧体与生物质质量比(O/B)、气化温度和水蒸气浓度等参数对木屑化学链气化特性的影响,从理论分析和实验研究两方面证明铁基钙钛矿载氧体应用于生物质化学链气化过程的可行性。理论分析结果表明,LF与合成气的反应性较差,CO₂生成量低,适合于生物质化学链气化制取高品位合成气;实验结果证明,相比于赤铁矿,LF对木屑化学链气化过程的促进作用更明显,当水蒸气浓度为40.4%、气化温度为900℃时,得到的合成气热值和气化效率最高。但LF的循环反应性能较差,5次循环反应后气化效率下降50%以上,其活性有待进一步提高。针对LF活性相对较低及循环反应性能较差的问题,分别采用Ba和Ni元素对LF进行骨架位(A位)和活性位(B位)的掺杂,以期在维持其钙钛矿晶体结构的条件下提高其反应活性和催化活性。通过X射线衍射、H₂程序升温还原和X射线光电子能谱等表征手段,探究了Ba以及Ni掺杂量对于La_1-xBa_xFe O₃(x=0,0.3,0.5,0.7,0.9,1.0)和La Ni_yFe_1-yO₃(y=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1.0)载氧体晶体结构以及反应性能的影响;在固定床反应器上进行基于铁基钙钛矿载氧体的微藻化学链气化实验,得到了气化效果最佳的载氧体种类、载氧体添加量、气化温度以及水蒸气浓度等气化条件。研究发现,对LF进行A位Ba掺杂能够提高载氧体表面Fe⁴⁺和化学吸附氧的比例,显著提高微藻化学链气化性能,其中以La_0.3Ba_0.7Fe O₃(L3B7F)为载氧体时气化效果最佳;经过10次循环实验后,相比于未掺杂的LF,L3B7F载氧体具有更高的反应活性和循环稳定性。对LF进行B位Ni掺杂可将活性的Ni组分嵌入到LF的体相,提高了LF载氧体的气化反应活性,La Ni_0.5Fe_0.5O₃(LN5F5)兼具良好的催化气化性能和氧化再生性能,经过10次循环实验,载氧体表面发生轻微烧结导致活性有所降低。利用固定床反应器结合气相色谱-质谱联用测试手段,探究了基于铁基钙钛矿载氧体的微藻化学链气化过程中焦油的生成特性。实验结果表明,与微藻直接气化相比,化学链气化过程可以有效减少焦油的种类和产量;以赤铁矿和LN5F5为载氧体可以有效降低分子量为150~200的焦油成分,而LF和L3B7F能够显著减少分子量大于200的大分子焦油的生成。其中,L3B7F具有一定的催化加氢功能,能够打开大分子芳香烃类物质的苯环结构,使其更容易分解为小分子类物质。气化温度的升高有利于大分子焦油分解并向小分子物质转化,归因于高温加快了钙钛矿载氧体的氧扩散速率和电子迁移速率,提高了载氧体的氧化性能和催化活性;载氧体添加量的增大,为焦油的氧化分解提供了更多的表面活性氧,同时也增加了焦油催化裂解反应的表面积,促进了大分子焦油向小分子有机物的转化。在固定床反应器上,利用红外气体分析仪考察了基于铁基钙钛矿载氧体的微藻化学链气化过程中氮的迁移转化特性。结果表明,NH₃是微藻热解阶段释放的主要含氮气体,钙钛矿对NH₃和HCN的释放具有一定的促进作用,而铁矿石更倾向于将氮氧化物前驱物氧化为NO。低温下钙钛矿载氧体具有NO储存作用,可将NO以硝酸盐和亚硝酸盐的形式储存在表面,高温下(亚)硝酸盐分解,氮元素以N₂、NO和N₂O的形式释放,总体上减少了气化过程中NO_x的排放。在微藻化学链气化过程中,NO为主要的NO_x产物;随气化温度的升高NO_x释放量呈先升高后下降趋势,高温下NO_x排放量的降低主要由气化产物中的还原性气体选择性催化还原NO_x导致。载氧体量的增加提供了更多的晶格氧、更大的反应面积以及更多的催化活性位点,促使NH₃、HCN和NO向NO₂转化;水蒸气浓度的增加促进气化过程中NO_x的生成,NO₂的生成对水蒸气浓度的变化更加敏感。