- 选题背景和意义：
太阳能光伏发电需求量逐年上升，太阳能光伏发电依赖于高性能单晶硅材料，随着光伏发电需求量的增长，单晶硅的需求量也随之增长，预计到2022年我国单晶硅需求量将达到40万吨。目前在单晶硅制备中，多采用纯氩气气氛拉晶工艺。单晶硅的生产所需的氩气纯度要求达到99.999%并且消耗量大（20-22m3/公斤单晶硅），经过一次单晶硅生产工艺后，氩气会受到CO，H2等杂质气体的污染，无法再次使用。高纯氩气在单晶硅的生产过程的一次性使用，不可避免的造成了氩气和能源成本的浪费。与此同时，氩气供应量无法持续增长也制约了单晶硅产业的快速发展。因此，实现氩气的高效低成本回收、纯化和循环利用是解决行业发展瓶颈和成本节约的唯一方法。
目前氩气的纯化方法可以大致分为物理吸附、化学吸附和催化氧化的方法。物理吸附方法可以实现对杂质气体中的CO2和H2O的有效脱除，脱除程度lt;1ppm，但无法对可燃气体杂质进行有效脱除；化学吸附方法主要是采用金属吸气剂（海绵钛和含锆合金），可以实现一次全面除杂，但其主要缺点是工作温度高，材料无法循环多次使用；催化氧化的方法，需要额外的通入氧气，无法实现低浓度杂质气体的脱除。
针对以上问题，拟采用高活性载氧体材料，以实现中温条件下直接对低浓度杂质气体的精确脱除并设计切换式填充床反应器以实现氩气的连续脱除。并通过Aspen Plus 软件对整个流程进行模拟，来分析其在工业上应用的前景。
- 文献综述（或调研报告）：
单晶硅光伏电池发展快速，氩气需求量随之急剧上升。目前，单晶硅的生产均采用氩气气氛减压拉晶，连续不断的氩气流带走高温熔融硅挥发的氧化物等杂质，以免影响单晶硅的质量。
但受产能影响，氩气供应量无法持续增长，使得单晶硅产业发展产生瓶颈。同时高纯氩气在单晶硅的生产过程中为一次性使用，不可避免的造成氩气和能源成本的浪费。因此，实现氩气的高效低成本回收、纯化和循环利用是解决行业发展瓶颈和成本节约的唯一方法。
目前已知的氩气纯化方法大致分为物理吸附、化学吸附和催化氧化，物理吸附方法采用活性炭以及5A分子筛可以实现对杂质气体中的CO2和H2O的有效脱除；化学吸附方法主要是采用金属吸气剂，可以实现一次全面除杂；催化氧化的方法，需要额外的通入氧气，但由于杂质气体的含量小，难以精确控制通入的氧气量，无法实现低浓度杂质气体的脱除。
目前工业上氩气纯化主要采用化学吸附的方式，应用海绵钛或锆铝合金作为吸附剂。钛在不同温度下可与氩气中的杂质气体形成稳定的不可逆的钛化合物，常压下在500℃左右与氧气、二氧化碳、水发生反应，在900摄氏度左右与氮气发生反应，从而完全除去杂质。锆铝合金表面存在一层钝化层，会阻止吸气反应，所以为呈现良好的吸气能力，必须在真空下进行高温激活处理（一般在800℃以下），并且锆铝合金无法多次重复使用。较高的反应温度对设备的要求过高，同时吸气剂价格昂贵，这些都制约了氩气回收利用，
一次单晶硅生产工艺后，氩气会受到CO、H2等杂质气体的污染，无法再次使用，且杂质气体浓度通常小于100 ppm。针对此基础上，参考化学循环燃烧（CLC）技术。即使氧气通过固体氧气载体从空气向燃料的转移，从而避免了燃料与空气之间的直接接触,以及催化氧化技术，提出了一种利用化学链净化回收氩气的新方式。化学链纯化氩气技术思路为：利用载氧体将废氩气中的超低浓度（100ppmCO、H2）氧化为CO2、H2O)，使氩气重新具备保护气作用，实现粗氩气的纯化。具体反应过程如下：
载氧体氧化杂质气体（CO/H2）过程：
载氧体的氧化再生过程：
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