煤炭是我国主要的化石能源,煤炭利用过程中产生的大量二氧化碳排放对全球气候变化产生了重大影响,如何实现煤炭的高效低碳转化成为全球学者所关注的重点问题。近期,有学者提出了一种从燃料转化源头捕集CO₂理论与方法以实现焦炭和CO₂的有效利用,而如何提高煤焦-CO₂的气化反应速率是该理论中最重要的问题之一。本文提出了采用结构稳定可控、活性较高的钙钛矿型氧化物（ABO₃）作为催化剂,用于催化煤焦CO₂气化的新思路。为进一步提高催化活性,在ABO₃的A位进行了不同配比的K⁺掺杂。通过溶胶凝胶法制备了一系列K⁺改性钙钛矿型氧化物La_1-xK_xBO₃（B=Fe、Co、Mn、Ni;x=0-0.9）,在热重反应器及管式炉反应器中进行催化及循环气化实验并采用XRD、XPS、SEM、EDS、BET及激光粒度仪等研究手段分析K⁺掺杂及气化反应对改性钙钛矿晶体结构、表面形貌、表面元素组成的影响。实验结果表明,K⁺的掺杂量对不同B位元素催化剂的结构有明显影响。当A位K⁺掺杂摩尔比x≤0.7时,B位元素为Fe的催化剂显示出稳定的钙钛矿型晶体结构,意味着此时K⁺进入钙钛矿晶格内部并与过渡金属氧化物La一起占据了钙钛矿型氧化物的A位。但是,B位元素为Co、Mn、Ni的催化剂,出现明显的非钙钛矿相杂质。气化反应中K⁺的掺杂量对于催化性能有显著影响,钙钛矿型氧化物的催化活性随着K⁺掺杂量的增加被逐步提高,当x由0增长至0.7时,Fe-基钙钛矿型氧化物催化气化起始反应的突破曲线温度Ti由825℃降至650℃。动力学计算结果表明,气化反应活化能随着K⁺掺杂量的增加而显著减小。对改性Fe-基钙钛矿型氧化物进行循环气化实验。结果表明,随着A位K⁺掺杂量的增加,改性钙钛矿型氧化物的循环性能也逐渐提高。其中La_0.3K_0.7FeO₃的催化速率在数次循环反应后,略有下降,在第十次气化反应中达到50%碳转化率所需时间仅为未掺杂LaFeO₃钙钛矿的31%,依旧展示出良好的催化性能。且当x达到0.7时,K⁺掺杂量的进一步增加对催化性能的提升较小。改性钙钛矿La_0.3K_0.7FeO₃的表征测试结果表明,A位K⁺掺杂能够有效提升表面吸附氧及Fe⁴⁺的含量,这有助于催化剂表面氧空位的形成从而增强表面氧的流动性,是具有更多的活性位点和更强的氧化性能,且反应中表面游离的K⁺能参与到气化反应中从而进一步提高气化反应速率。循环气化中Fe₃O₄等氧化物杂质生成的使催化剂表面团聚、颗粒粒径逐渐增大,催化剂与煤焦之间的有效接触面积降低,循环实验中催化性能逐渐减弱。但钙钛矿La_0.3K_0.7FeO₃的晶体结构稳定,十次循环后仍展现出钙钛矿型结构且保持良好的催化性能。说明其具有优良的循环气化性能,在催化煤焦气化反应方面具有一定的应用前景。