This study introduced a durable oxygen carrier with surface enrichment of lanthanum on Co3O4 for chemical looping combustion. It employed the surface enrichment in order to optimize the usage of rare earth lanthanum with secured stability of oxygen carriers. The formation of LaCoO3 perovskite on the Co3O4 surface imparts strong durability and overcomes deactivation of Co3O4 while maintaining CO2 selectivity due to its enhanced sintering resistance. Lanthanum dopants were optimized at 10 wt%. Co3O4 with 10 wt% of lanthanum had 93.1% and 95.4% average CO2 selectivity and CH4 conversion at 800 °C for 50 cycles, respectively. The surface enrichment provides not only resistance to sintering but also high oxygen storage capacity for long-term cyclic chemical looping combustion.
본 연구에서는 매체순환식 연소를 위해 Co3O4에 란타넘 표면처리를 통해 높은 내구성을 가지는 산소공여입자를 도입하였다. 완전히 덮인 코어-쉘 구조는 란타넘의 더 많은 사용을 필요로 하므로 산소공여입자의 안정성이 확보되는 란타넘의 사용량을 최적화하기 위해 표면 란타넘이 부분적으로 분산된 구조를 사용했다. Co3O4 표면에 LaCoO3 페로브스카이트의 형성은 강한 내구성을 부여하며 향상된 소결저항으로 인한 CO2 선택성을 유지하면서 Co3O4의 비활성화를 극복한다. 란타넘 첨가량은 10 wt%로 최적화되었다. 란타넘이 10 wt%인 Co3O4는 800 °C에서 50 사이클동안 평균 CO2 선택성이 93.1%, CH4 전환이 각각 95.4%였다. 란타넘 표면처리는 소결에 대한 내성뿐만 아니라 장기적인 순환 화학 루프 연소를 위한 높은 산소 저장 용량을 제공한다.
