梯度-微介質阻擋放電催化電漿反應研究

《梯度-微介質阻擋放電催化電漿反應研究》是依託天津大學，由王保偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：梯度-微介質阻擋放電催化電漿反應研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王保偉
• 依託單位：天津大學

項目摘要

在電漿化學的研究中,利用非平衡電漿技術實現常規條件下難以進行的化學反應是其熱點之一，該過程中較低的能量效率和較差的選擇性是其套用的主要障礙。為促進電漿化學工業的進步，迫切需要解決這兩大難題。本研究採用梯度-微反應器，同時在反應器內壁塗敷催化劑，在較低的電壓下形成非平衡微電漿，利用多極共振探針、靜電探針、質譜、發射光譜等技術手段對電漿參數及反應性粒子隨電子溫度和密度的變化進行實驗研究和模擬計算。以甲烷轉化合成乙烯和甲醇分解制氫為探針反應，依據其不同反應的特點，實現對電漿中的電子溫度和電子密度分布的有效調控，利用電漿和催化劑協同效應，達到提高反應過程的能量效率和產品選擇性的目的，進而提出通過電場梯度和微反應器結構的最佳化來調節電子溫度和電子密度分布，達到選擇反應性粒子的可行途徑。為甲烷轉化合成乙烯和甲醇分解制氫奠定堅實的基礎，也為電漿化學貢獻有價值的信息。

結題摘要

為解決非平衡電漿過程中能量效率和較差的選擇性難題，本研究採用梯度-微反應器，結合催化劑，以甲烷轉化合成低碳烴、甲醇分解制氫和二氧化碳分解為探針反應。依據其不同反應的特點，利用梯度、微電漿和催化劑協同效應，對其工藝過程、電子溫度和電子密度分布、反應機理等進行研究，通過電場梯度、微反應器結構和催化劑的最佳化來調節反應過程。CH4轉化率提高到40.1%，低碳不飽和烯烴的選擇性達到36%。在自由基反應機理的基礎上，建立了不同CH4濃度下，介質阻擋微電漿轉化CH4的動力學模型。此動力學模型可對一定輸入能量下的CH4轉化率和產物分布進行預測。低濃度時CH4轉化率與輸入能量呈指數函式關係，而高濃度時CH4轉化率與輸入能量成線性關係。甲醇水蒸氣重整研究結果表明，在梯度微等離子催化反應器中甲醇的轉化率可達96.2%，主要產物從H2和CO變化到H2和CO2，並分析了其機理。在微等離子反應器內填充合適的介質材料，二氧化碳的轉化率達到41.9 %，並提出了其分解機理。為甲烷轉化、甲醇分解制氫和溫室氣體處理奠定堅實的基礎。