The chemical looping dry reforming of methane can be used to convert greenhouse gases into products with much desirable specification. However, developing an oxygen carrier with coke-tolerance and high oxygen exchange rate usually requires the use of rare-earth metals or lanthanides. In this study, by utilizing deposited surface carbon as a reaction intermediate rather than suppressing it, complete methane conversion was possible even with the earth-abundant metal oxide particles. To establish an optimized $H_2$/CO ratio for the hydrocarbon synthesis, the $CH_4$ feedstock was partially replaced with $CO_2$. By itself, Ni-Al oxide exhibited deactivation due to the agglomeration arising from methane decomposition over the redox cycle. Fe-Al oxide had stable performance over cycles, but a sudden performance decline was observed when the amount of $CO_2$ co-feeding exceeded a certain point. Incorporating Ni into the Fe-Al oxide was found to overcome these problems. The formation of a spinel phase with Fe alleviated the agglomeration, and enhanced $CH_4$ activation under high $CO_2$ partial pressure. The introduction of Ni also improved carbon gasification kinetics with $CO_2$.
매체순환식 건식개질 공정은 온실가스를 바람직한 조성을 가지는 제품으로 전환할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 그러나 높은 산소전달률과 탄소침적저항을 가지는 산소공여입자를 개발하는 것은 대개 란타넘족 금속 또는 희토류를 필요로 한다. 본 학위논문에서는 침적되는 탄소를 억제하는 대신에 반응 중간물로 이용하여 지각에 풍부한 원소로 구성된 금속산화물에서도 완전한 메탄 전환을 달성하였다. 탄화수소 합성을 위한 적정 수소/일산화탄소 비율을 위해 메탄 공급원을 이산화탄소로 일부 대체하였다. 니켈-알루미넘 산화물은 여러 번의 산화환원 사이클동안 메탄분해반응이 일으키는 응집으로 인하여 비활성을 보였다. 철-알루미넘 산화물은 여러 번의 사이클동안 안정한 성능을 보였지만 투입되는 이산화탄소의 양이 일정량을 초과하자 급격한 성능 감소를 보였다. 철-알루미넘 산화물에 니켈을 도입하여 이러한 문제들을 모두 해결할 수 있었는데 니켈과 철의 스피넬 상 형성이 입자응집을 억제하였고 높은 이산화탄소 분압에서도 높은 메탄 활성화 효과를 나타내었다. 니켈의 도입이 이산화탄소와 탄소의 가스화 반응 속도 또한 개선하는 것을 확인하였다
