多尖端旋转电极辉光放电甲烷偶联研究

石油资源的日趋短缺使人们对世界大储量能源天然气的开发利用越来越重视.甲烷(CH4)是天然气的主要成份.由于CH4分子具有很高的稳定性,用CH4直接偶联制C2烃(乙烷、乙烯、乙炔)在热力学上十分不利,采用常规催化手段一直未取得突破性进展\[1\],而辉光放电等冷等离子体对于CH4偶联是一种非常有效的方法,近年来已成为物理化学跨学科前沿研究热点.在本研究领域中,利用脉冲电晕等离子体结合催化剂进行甲烷转化[2],其等离子体在空间分布上是非连续的,活性较低,反应区较小,甲烷的转化率及C2烃收率必然是有限的;利用微波诱导甲烷在催化剂上转化制C2烃[3],由于温度很高,能量密度太大,很容易使甲烷完全裂解,生成大量积碳,C2烃的收率也较低;利用介质阻挡放电使CH4偶联[4],能耗太大,能量利用率很低.因此,冷等离子体CH4偶联实现工业化的课题就是要在提高CH4转化率及C2烃收率的同时降低能耗,以提高能量利用率.     

新型多尖端旋转电极甲烷偶联等离子体反应器

研制了一种新型的带有一个多尖端旋转电极对一个同心圆筒型固定电极的甲烷放电制备碳二烃的等离子体反应器.以氢气共存条件下甲烷偶联研究对此反应器作出了评价.在此反应器中，反应物流垂直穿过两电极之间的环行等离子体反应区.在大约40 V供电电压、20 kHz脉冲放电等离子体条件下，在长时间连续反应后没有产生大量积炭.在同样的条件下，此多尖端旋转电极工艺比固定的尖端 平板电极工艺具有较高的甲烷转化率、碳二烃单程收率以及较高的能量效率.     

常压辉光放电等离子体转化CH4制C2烃的研究

采用新型的旋转电极辉光放电反应器, 在常温常压下对辉光等离子体作用下的甲烷转化制C₂烃进行了研究. 在氢气共存条件下, 考察了反应器电极的结构、材料, 输入电场峰值电压和反应物流率等参数对甲烷转化率和C₂烃单程收率及其选择性的影响规律, 同时比较了不同反应器的能量效率. 结果表明: 在本实验条件下, 金属铜材料好于不锈钢, 螺旋形结构优于三排圆盘结构. CH₄转化率和C₂烃选择性和收率均随输入电场峰值电压的升高而增大, 随反应物流量的增加而减小. 从CH₄转化率、C₂烃的收率和选择性的指标来评价这些反应器, 采用旋转螺旋状铜电极反应器时最好, 当反应物流量为60 mL/min时, 甲烷最高转化率为77.31%, 对应的C₂烃收率和选择性分别为75.66%和97.88%; 当能量密度为800 kJ/mol时, 能效最高为13.5%.     

常压辉光放电等离子体转化CH4制C2烃的研究

采用新型的旋转电极辉光放电反应器, 在常温常压下对辉光等离子体作用下的甲烷转化制C₂烃进行了研究. 在氢气共存条件下, 考察了反应器电极的结构、材料, 输入电场峰值电压和反应物流率等参数对甲烷转化率和C₂烃单程收率及其选择性的影响规律, 同时比较了不同反应器的能量效率. 结果表明: 在本实验条件下, 金属铜材料好于不锈钢, 螺旋形结构优于三排圆盘结构. CH₄转化率和C₂烃选择性和收率均随输入电场峰值电压的升高而增大, 随反应物流量的增加而减小. 从CH₄转化率、C₂烃的收率和选择性的指标来评价这些反应器, 采用旋转螺旋状铜电极反应器时最好, 当反应物流量为60 mL/min时, 甲烷最高转化率为77.31%, 对应的C₂烃收率和选择性分别为75.66%和97.88%; 当能量密度为800 kJ/mol时, 能效最高为13.5%.     

甲醇溶液辉光放电等离子体电解

甲醇溶液辉光放电等离子体电解过程出现明显的非法拉第定律现象, 主要产物是氢气和甲醛, 还有少量一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、1,3,5-三噁烷和水等, 产物和产量受放电极性和辅助电解质及放电电压等因素的影响. 在甲醇溶液电导率为11.40 mS·cm-1, 放电电压700 V 条件下, 阳极气体产量为55.90 mol/(mol electrons), 阴极气体产量为707.90 mol/(mol electrons), 阴极气体产量是阳极气体产量的12.66 倍, 气相产物中氢气含量在86%(molar fraction)以上. 在等离子体层中甲醇分解过程和其它类型的等离子体分解过程类似, 蒸汽鞘层中的加速电子是引发辉光放电过程非法拉第定律现象的决定因素. 阴极辉光放电过程中等离子体-溶液界面上的主要活性物种是中性粒子和电子,阳极辉光放电过程中等离子体鄄溶液界面上的主要活性物种是中性粒子和正离子. 辅助电解质对产物的影响主要是通过影响界面上发生的后续反应过程来表现.     

微波等离子体增强辉光放电光源激发温度的研究

研究了一种改进型的微波等离子体增强辉光放电光源在光谱分析中的应用，对其重要的参数指标－激发温度进行了较为较细的考察。结果表明引入微波等离子体后辉光放电的激发温度明显高于单纯辉光放电时的激发温度。     

辉光放电等离子体对聚丙烯纤维的表面改性

在对电晕、介质阻挡放电、γ射线辐射接枝对化纤改性的简要介绍基础上，重点论述了辉光放电等离子体对聚丙烯纤维的改性。并按等离子体技术的发展过程，对低压和常压辉光放电等离子体对聚丙烯纤维与织物改性的特点、原理及发展前景进行了扼要综述，指出常压辉光放电等离子体是一种很有潜力的表面改性技术。     

大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术的研究进展及应用

近十多年来,大气压电解液阴极辉光放电系统在原子光谱分析中作为一种新兴的检测工具而备受关注。大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术兼具了光谱测量的稳定性、分析元素选择性和传感器测量方便、简洁性等优点。本文综述了基于等离子体的大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术的机理研究、仪器构建及改进和最新应用研究,并总结了该技术的优势及存在的问题,展望了其应用前景。     

辉光放电等离子体处理阳离子染料结晶紫废水

用辉光放电等离子体技术对结晶紫进行了降解脱色处理,考察了多种因素对结晶紫降解效果的影响。实验发现,提高电解质浓度和增加电压均可提高结晶紫的脱色效果,考虑到电极损耗,辉光放电最佳条件为:电解质浓度为2 g/L Na2SO4,电压为600 V。当改变溶液的初始pH值时,结晶紫的脱色率随溶液的初始pH值升高而增加,加入一定量H2O2能明显地提高结晶紫的脱色效率;若加入0.4 mmol/L Fe2 ,5 min时结晶紫的脱色率由原来的13.64%增加到91.36%。结果表明,辉光放电产生的.OH对结晶紫的降解起重要作用。最佳条件下,40 min内的脱色率达到93%,降解率为74%。     

液体电极辉光放电在原子光谱分析中的研究和应用进展

液体电极辉光放电具有体积小、能耗低、电子密度高、操作简单方便等优点,在分析检测领域的应用发展迅速。本文从液体阴极辉光放电、液体阳极辉光放电以及交流驱动液体电极辉光放电角度,综述了近年来液体电极辉光放电微等离子体在原子光谱分析中应用的最新进展,重点阐述其在原子发射光谱激发、诱导化学蒸气发生以及与其它化学蒸气发生联用等领域的应用,并对其发展趋势进行了展望。     

Methane Conversion to Hydrogen and Higher Hydrocarbons by Double Pulsed Glow Discharge

Pulsed atmospheric glow plasma, sustained by corona discharge, was utilized to convert methane. Analysis by gas chromatography showed that hydrogen and C₂-products are the main constituents of outlet mixture while C₂₊-products with small concentrations were also detected. The chemical energy efficiency turned out to be about 9% for the best result obtained by this type of reactor. It has been shown that more improvement of energy efficiency is possible by increasing the pulse repetition rate.     

射频等离子体技术制备合成低碳醇用新型Cu-Co/SiO_2催化剂(英文)

采用射频等离子体技术制备新型Cu-Co/SiO2催化剂.与直接焙烧制备的样品相比,射频等离子体处理提高了催化剂的比表面积,显著增大了活性物种Co的表面含量,有效改进了催化剂的还原性能.以CO加氢合成低碳混合醇为模型反应,在563K,5.0MPa,6000h-1,V(H2)∶V(CO)=1.6的条件下,等离子体处理和等离子体处理后再焙烧样品比673K焙烧样品的催化活性提高30.46%和65.30%,低碳醇的时空收率分别提高58.22%和76.11%.     

辉光放电等离子体对合成甲醇用铜基催化剂的改性作用

以辉光放电等离子体方法制备了新型高效铜基催化剂, 应用XRD、SEM、H2-TPR、BET、H2-TPD、CO-TPD技术以及对CO加氢合成甲醇反应进行研究, 分析了在氮气、氢气或先氮气后氢气等方式的不同气氛中进行等离子体处理对铜基催化剂的结构和性能的影响. 结果表明, 催化剂前体经等离子体改性处理后, 样品的比表面积增大, 活性中心数增加; 当等离子体气氛为先氮气后氢气时, 催化剂上的CO加氢活性和甲醇的时空产率显著提高.     

射频等离子体技术制备合成低碳醇用铜钴基催化剂

采用射频等离子体技术制备了CO加氢合成低碳醇用新型CuCo/ZrO2催化剂, 研究了等离子体气氛氮气、氢气和先氮气后氢气处理对催化剂结构和性能的影响, 并应用BET、XRD、XPS、TG和TPR技术对催化剂进行了表征. 与常规焙烧制得的样品相比, 射频等离子体技术制备的催化剂可有效抑制烃类生成, 提高总醇选择性, 大幅提高反应活性和低碳醇的时空收率. 表征结果显示, 等离子体技术使催化剂前驱体在低温下分解形成活性相, 显著提高了催化剂比表面积, 促进催化剂活性组分晶粒细化并提高其分散度, 催化剂表面的铜含量增加.     

甲烷在微波等离子体下直接转化成C2烃

研究了非平衡微波等离子体中影响甲烷脱氢转化的几个因素，如功率、ＣＨ４／Ｈ２比和体系压力。在最佳条件下，甲烷转化率和乙炔的选择性分别达到７７．４６％和７４．０４％。     

Micro Plasma Generation Using Liquid Sampling-Atmospheric Pressure Glow Discharge

In open air and without any type of inert gas, stable and bright micro plasma was successfully obtained using Liquid Sampling Atmospheric Pressure Glow Discharge (LS-APGD). The discharge current varied between 20 to 80 mA with a maximum voltage 550 V, discharge gap 0.5–2 mm and solution pH of 1. The produced plasma operates in the normal glow discharge region at a low power (11–40 W). For analytical application the linear dynamic range is obtained up to 500 μg mL⁻¹. Limits of detection based on 3σ of the background intensity determined for Ca I (422.673 nm), Cu I (324.754 nm), Fe I (497.5 nm), and Zn I (213.856 nm) are 0.3, 0.65, 0.1, 0.7 μg mL⁻¹ respectively.     

滑动弧电极放电等离子体作用甲烷制C2烃的工艺

采用刀片式不锈钢电极放电反应器,以Ar气为稀释气,研究了等离子体作用下甲烷转化制C2烃的工艺条件。考察了CH4流量、高频电源输入电压和电极间距等参数对甲烷转化率、C2烃选择性、收率和反应表观能耗的影响。结果表明,增加CH4流量,表观能耗随之降低;当输入电压和电极间距较小时,甲烷转化率随输入电压和电极间距的增大而增大,但输入电压和电极间距过大时,C2烃收率明显下降,积碳严重。在CH4流量14 mL/min、Ar气流量60 mL/min、高频电源输入电压22 V、电流0.44 A、电极间距4 mm的优化条件下,甲烷最高转化率为43.1%,C2烃收率、选择性和表观能耗分别为40.1%、93.2%和2.41 MJ/mol。C2烃中不饱和烃的体积分数可达95%以上。