化学链燃烧技术是一种清洁高效的能源转换方式,利用氧载体提供晶格氧,从而避免了燃料与空气的直接接触,在捕集CO₂的同时可实现燃料化学能的梯级利用。化学链气化技术通过控制燃料与氧载体间的氧碳摩尔比以实现燃料不完全氧化,从而制取可燃合成气。随着植物修复技术在治理土壤重金属污染上的大规模应用,如何安全地处理修复植物成为亟待解决的问题。贫铁矿石含铁量低,受技术水平及冶炼成本制约,其利用率低下。因此本文以贫铁矿石为氧载体,将化学链技术应用于修复植物的处理,以期实现两种物质的资源化利用。首先利用热重分析仪进行黑麦草失重特性实验研究。实验结果表明,黑麦草与贫铁矿石共存时,其气化过程存在3个失重峰,高温下的失重峰是由于燃料半焦发生气化反应所致,由此证明了贫铁矿石作为氧载体的可行性。随后开展以贫铁矿石为氧载体的化学链气化实验研究。结果表明,与石英砂为床料的黑麦草气化相比,贫铁矿石可以显著改善气化效果,提高气化过程中的碳转化率、产气率和燃气热值。通过改变反应温度、水蒸气质量流量及氧碳摩尔比等操作参数,探究不同工况下化学链气化特性,并获得了其较优操作条件为:反应温度为850℃、水蒸气质量流量为0.495g/min、贫铁矿石与黑麦草的氧碳摩尔比为0.5,此时燃料碳转化率为51.40%,H₂浓度为52.04%。在连续多次氧化/还原反应过程中,贫铁矿石氧载体表现出良好的循环稳定性。升高温度可以提升铜锌两种重金属的挥发率,且重金属锌的挥发率始终高于铜的挥发率。采用化学链气化技术处理黑麦草的目的在于制取可燃合成气以实现黑麦草的资源化利用,而采用化学链燃烧技术的目的则在于实现黑麦草的减量化处理,同时捕集高浓度CO₂气体。以贫铁矿石为氧载体开展黑麦草化学链燃烧实验,探究温度等因素对化学链燃烧特性的影响,实验结果表明反应温度为950℃、水蒸气流量为0.330g/min是黑麦草化学链燃烧的最佳工况参数,此时燃料碳转化率为83.96%,CO₂浓度为90.29%。多次循环实验表明天然贫铁矿石具有相对稳定的循环反应性能,CO₂浓度始终保持在80%以上,是良好的化学链燃烧氧载体。反应温度的升高会促使铜锌两种重金属的挥发率上升,950℃两者的挥发率分别为49.55%和79.10%。最后,为提升天然贫铁矿石的反应活性,采用浸渍法制备了钾离子修饰的天然贫铁矿石氧载体。随后开展黑麦草化学链燃烧实验研究,考察钾离子、反应温度、水蒸气流量等因素对化学链燃烧特性的影响。实验结果表明,与未改性贫铁矿石相比,改性贫铁矿石的反应活性显著提高,反应温度为950℃、水蒸气流量为0.330g/min时,燃料碳转化率和CO₂浓度分别达到90.72%和89.18%。XRD和XRF分析表明,钾离子会与贫铁矿石发生化学反应,生成稳定且具有催化作用的K_xFe_yO_z,多次循环结束后并未出现钾离子显著流失现象。对反应后植物残渣中的重金属含量进行测量,结果表明升高反应温度可以提高重金属挥发率,导致更多的重金属挥发至烟气中。EDS分析表明贫铁矿石对锌具有吸附作用。