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Reduction of micron-sized iron oxide particles with high initial porosity in a fluidized bed reactor using hydrogen: Morphology and phase analysis

Seitz, Malte 1; Kannengießer, Martin P. 1; Stelzner, Björn 1; Hagen, Fabian P. ORCID iD icon 1; Braun, Lukas ORCID iD icon 2,3; Kaltenbach, Jonas 4; Märkle, Kerstin 4; Peterlechner, Martin 4; Spielmann, Jonas; Doronkin, Dmitry E. ORCID iD icon 2,3; Deutschmann, Max P. 5; Grunwaldt, Jan-Dierk ORCID iD icon 2,3; Eggeler, Yolita M. ORCID iD icon 4; Kramm, Ulrike I.; Nirschl, Hermann 5; Trimis, Dimosthenis 1
1 Engler-Bunte-Institut (EBI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
5 Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

The aim of this study is to investigate the reduction behavior of Fe2O3 particles with initially high porosity in a fluidized bed reactor using hydrogen. The powder used is characterized by a large specific surface area and a highly porous initial morphology. The generic Fe2O3 powder exhibits a particle structure similar to those typically observed after multiple oxidation/reduction cycles.
The reduction behavior of these Fe2O3 particles was studied at temperatures ranging from 500°C to 700°C with reduction times of 30 min to 120 min. Physisorption measurements using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method were performed to assess changes in specific surface area before and after reduction. Scanning electron microscopy (SEM) was employed to examine morphological transformations both at the surface and within the particle surface areas by visualizing cross-sections, as well as particle agglomeration. Statistical analysis of the cross-sectional SEM micrographs was performed to determine the pore size growth during the reduction process. Thermogravimetric analysis (TGA) was used together with calorimetry to monitor the reduction degree. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000183988
Veröffentlicht am 14.08.2025
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Engler-Bunte-Institut (EBI)
Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM)
Institut für Technische Chemie (ITC)
Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP)
Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsdatum 01.02.2026
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 0016-2361
KITopen-ID: 1000183988
HGF-Programm 38.05.01 (POF IV, LK 01) Anthropogenic Carbon Cycle
Weitere HGF-Programme 38.03.02 (POF IV, LK 01) Power-based Fuels and Chemicals
Erschienen in Fuel
Verlag Elsevier
Band 405
Seiten Art.-Nr.: 136422
Vorab online veröffentlicht am 30.07.2025
Schlagwörter Fluidized bed reactors, Iron oxide reduction, Micron-sized particles, Hydrogen
Nachgewiesen in Dimensions
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