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生物质因其储量丰富、分布广泛，被当作一个重要的能源宝库。热化学转化是生物质利用方式之一，可将生物质转化为生物柴油、合成气等多种产物，这样不仅有效利用了生物质资源，而且避免了生物质随意丢弃造成的污染。生物炭也是生物质热化学转化的一种重要产物，它主要来自于生物质的慢速热解，现已在土壤改良、土壤修复、污水处理以及催化等领域被广泛应用，但是生物炭慢速热解制备过程中产生的热解气并未受到关注。 化学链制氢将化学链燃烧与“铁-水蒸气”制氢法相结合，在制氢的同时还可继承化学链内分离CO2的优点，是一种新型的制氢方式。化学链制氢可使用多种燃料，即可以是固体的煤、生物质等，也可以是液态的石油、生物柴油等，还可以是气态的天然气等。而生物炭制备过程中产生的热解气亦可作为化学链制氢的燃料。化学链制氢得以实现的另一个关键因素是载氧体，它是整个系统的高效、稳定运行的前提与基础。 本论文以生物炭制备产生的热解气为化学链制氢燃料，在生物炭制备的同时制取氢气，实现生物炭与高纯氢气的联产，主要研究内容包括:生物炭制备过程热解气特性;溶胶-凝胶法制备NiFe2O4载氧体工艺条件的选择;以生物炭为模板的新型载氧体制备方法的探讨;以及化学链制氢过程中载氧体烧结与抑制机理的研究。 首先以松木为原料，在TGA上研究其失重特性，然后采用TG-MS与固定床反应器研究其慢速热解过程中产气特点。结果表明，松木慢速热解时产生的热解气中焦油含量高，气体量少，并且气体以CO2为主，H2、CH4含量较少，与快速热解过程产生的以CO、H2、CH4为主的热解气有较大差别。这与慢速热解过程有关，温度在此过程中逐步升高，生物质大分子碳氢化合物在键能较低的中间位置首先发生断裂，但受升温速率所限，断裂的分子还未达到进一步断裂的温度就被带出反应区，因此慢速热解的产气中焦油含量较高，小分子气体较少。此外，慢速热解过程的温度保持时间内，由于温度未升高，分子吸收的能量也未增加，因此并不会增加产气量。慢速热解过程的产气主要还是集中在升温区。 进一步采用混合气模拟生物炭制备过程的热解气，进行化学链制氢实验研究。采用正交实验的方法，分析溶胶-凝胶法的溶胶制备过程中柠檬酸与总金属离子摩尔比、pH值、温度三个影响因素对最终生成NiFe2O4载氧体性能的影响。结果表明:柠檬酸与总金属离子摩尔比对载氧体的性能影响最大，主要是由于它决定了载氧体的结构;pH值是载氧体性能的次要影响因素，酸性条件制备的载氧体拥有更多的酸性位点，因此更容易使CH4等气体裂解，也更容易形成积碳，这对化学链制氢并不有利。从氢气浓度与产量最大化的角度考虑，较理想的工艺条件为柠檬酸与总金属离子摩尔比1，pH值7，温度60℃。 生物炭是本论文研究的产物之一，并且在新型载氧体制备方法中作为模板使用。利用生物炭表面官能团对金属离子的吸附作用，可有效将Fe3+、Ni2+富集于生物炭上，然后通过煅烧形成具有大孔结构的载氧体。由于金属离子被生物炭非均匀吸附，因此形成的载氧体是一种由多种晶体构成非均匀结构，提供了更多的反应界面。与溶剂-凝胶法制备的NiFe2O4载氧体相比，此方法制备的载氧体还具有更大的比表面积，吸附氧含量更高，并且氧更容易释放，在化学链制氢中表现出更好的反应性能与循环能力。 但是无论溶胶-凝胶法制备的NiFe2O4还是生物炭模板构筑的Fe-Ni载氧体在化学链制氢循环中均发现烧结现象。这主要是由于载氧体被还原为Fe、Ni金属单质后，金属单质的扩散与相互作用增强，更容易发生团聚。进一步的实验中，在生物炭模板构筑载氧体的制备过程中添加硅酸四乙酯(TEOS)，煅烧后，Fe-Ni载氧体被负载于SiO2上，虽然生成的载氧体比表面积有所下降，晶格氧更不容易释放，但是在15个化学链制氢循环后还保持了完整结构与良好性能，没有出现烧结现象。表明通过在金属单质间加入惰性载体，使金属相互间隔开，可有效减少金属单质间的相互作用，避免载氧体的烧结。