《金屬鋁反應法分解CF4/C2F6碳氟化合物的研究》是依託東北大學，由石忠寧擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬鋁反應法分解CF4/C2F6碳氟化合物的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：石忠寧
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
項目擬用金屬鋁與溫室氣體CF4和C2F6反應合成AlF3和C，以消除CF4和C2F6排放對溫室效應的影響。研究氣態和等離子態CF2、C2F6與固／液／氣三種相金屬鋁之間反應的動力學及反應機理。實驗研究在介質擋板放電等離子反應器中進行，通過紅外光譜和拉曼光譜原位檢測電漿基團的中間態；採用朗繆爾探針得到的伏安特性曲線電子密度、電勢等信息，經解析、計算、擬合得到電漿系統的反應基團濃度；以及由氣相色譜儀得到反應物反應前後變化量、SEM研究得到的金屬鋁反應層厚度等實驗數據，研究反應過程的動力學。用紅外光譜、拉曼光譜以及質譜儀對反應過程的氣態中間產物，基團進行檢測，通過驟冷的方法將能夠穩定存在或較長時間存在的氣態產物進行冷凝，採用XRD對其進行檢測，掌握中間產物特徵，結合實驗研究特徵及中間產物等信息進行分析，用Guassian程式包輔助，研究總結反應機理。
結題摘要
針對鋁電解工業排放的高潛勢溫室效應氣體CF4和C2F6，用金屬鋁和金屬鎂進行分解，研究了相關的基本問題。 在不同的溫度和壓力下讓金屬與CF4和C2F6進行反應，並通過氣相色譜和XRD等現代檢測技術，分析兩種金屬分解CF4和C2F6的反應過程和分解效果。 研究發現，固態金屬鋁在實驗條件下不能分解CF4和C2F6氣體。液態金屬鋁能有效的分解CF4和C2F6氣體，反應產物為AlF3、C，並出現分層，第一為AlF3，第二層為C，第三層由於存在過量鋁而生成碳化鋁。數據處理得到CF4分解的相關動力學方程，CF4反應的活化能為275.82kJ/mol，反應級數大於5，且反應級數隨溫度變化。鋁分解CF4和C2F6的反應方程式為3CF4 +4 Al = 3C + 4AlF3。 C2F6在高溫下發生分解，其分解溫度為760℃左右，分解產物為CF4和C，分解反應為：2C2F6=3CF4 + C。隨著反應的進行，由於氣體壓力減小和反應產物的阻礙作用，反應速率會逐漸減慢。鋁與C2F6的分解率隨著溫度的升高而增大，在900℃時，分解較完全，分解率達到95%。溫度升高，反應速率增加，但分解率不一定增加，1123K時，C2F6分解率達到96.42%。C2F6和液態金屬鋁反應為：C2F6 + 2Al= 2C + 2AlF3。研究認為，鋁分解CF4和C2F6氣體的合適溫度分別為700℃和730℃，這時分解率分別達到48.4%和47.38%。 液態鎂能有效的分解CF4和C2F6氣體，反應產物都為MgF2、C，其分解反應的反應方程式為C2F6 + 3Mg = 3MgF2 + 2C，CF4 + 2Mg = 2MgF2 + C。鎂分解CF4和C2F6氣體的初始反應速度很大。升高溫度和增加反應氣體的初始壓力，都能加快CF4和C2F6的分解速度。在實驗條件下，鎂分解CF4和C2F6氣體的合適溫度分別為750℃和700℃，分解率分別達到54.4%和59.4%。 該課題研究培養研究生畢業3名，在讀碩士生3名、博士生1名；申請發明專利5項，發表文章5篇，錄用待發表文章兩篇；組織國內會議1次，做兩次國內會議特邀報告，參與國際會議3人次、國內會議若干次，獲得2015年兩個國際會議（“第10屆國際暨第五屆亞洲熔鹽化學與技術”）舉辦權；課題研究期間獲得省部級科技進步獎（均為二等獎）2項。研究經費實行完成度98.53%。
