介质阻挡放电等离子体与吸附在CuZSM-5上的NO或NO/O2的相互作用

采用吸附和程序升温脱附(TPD)技术研究了介质阻挡放电等离子体对CuZSM-5催化剂上吸附的氮氧化物作用. 实验表明, 介质阻挡放电等离子体使催化剂表面吸附的NO及Cu活性位上吸附的NOx物种脱附, 并引发表面化学反应生成新的氮氧化物. 对于NO/N2体系, 介质阻挡放电等离子体与吸附在CuZSM-5上NO作用, 主要生成N2O和O2. 在富氧体系NO/O2/N2, 则生成较大量的N2O、NO2和NO. 等离子体预处理活性下降的CuZSM-5, 可明显提高其催化分解NO活性. 对比有或无介质阻挡放电等离子体预处理NO或NO/O2饱和吸附的CuZSM-5上的NO-TPD结果表明, 等离子体提高催化剂活性的原因与其使催化剂Cu活性位上吸附的NOx物种脱附有关.     

介质阻挡放电等离子体与吸附在CuZSM-5上的NO或NO/O2的相互作用

采用吸附和程序升温脱附(TPD)技术研究了介质阻挡放电等离子体对CuZSM-5催化剂上吸附的氮氧化物作用.实验表明,介质阻挡放电等离子体使催化剂表面吸附的NO及Cu活性位上吸附的NOx物种脱附,并引发表面化学反应生成新的氮氧化物.对于NO/N2体系,介质阻挡放电等离子体与吸附在CuZSM-5上NO作用,主要生成N2O和O2.在富氧体系NO/O2/N2,则生成较大量的N2O、NO2和NO.等离子体预处理活性下降的CuZSM-5,可明显提高其催化分解NO活性.对比有或无介质阻挡放电等离子体预处理NO或NO/O2饱和吸附的CuZSM-5上的NO-TPD结果表明,等离子体提高催化剂活性的原因与其使催化剂Cu活性位上吸附的NOx物种脱附有关.     

介质阻挡放电与 CuZSM-5 结合方式对脱除 NOx 的影响

 研究了介质阻挡放电 (DBD) 与 CuZSM-5 结合方式, 即 DBD 和 CuZSM-5 两段分置 (两段法) 或将 CuZSM-5 放入 DBD 区 (一段法), 对脱除氮氧化物的影响. 结果表明, 在 NO/N2 或 NO/C2H4/N2 无氧体系中, DBD 与 CuZSM-5 结合产生的协同效应很小; 在 NO/O2/N2 富氧体系中, DBD 与 CuZSM-5 结合导致氮氧化物转化率下降; 而在 NO/C2H4/O2 /N2 富氧体系中, 在 250 ºC, 空速 12 000 h1, 输入放电能量密度 (Ein) 155 J/L 的条件下, 单纯催化、单纯等离子体放电、一段法和两段法时氮氧化物转化率分别为 39%, 1.5%, 79% 和 52%. 两段法产生了中等程度的协同效应, 主要是第一段等离子体放电产生新稳态物种 (如 NO2, CO 和 CO2 等) 起作用; 而一段法产生的协同效应较大, 主要是由于等离子体放电产生的新稳态物种和激发态短寿命物种 (如 N2*, NO*, CH 和 CN 等) 共同起作用.     

介质阻挡放电引发氮氧化物等离子体化学反应

在523 K介质阻挡放电条件下,研究了不同气体组分体系中NO的转化.实验表明,在无氧体系(NO/N2)中,转化的NO主要分解为N2和O2.在富氧(NO/O2/N2)条件下,由于NO和NO2的生成, NO的转化率最低.体系中加入C2H4(NO/C2H4/N2)时, NO转化率与NO/N2体系几乎一样,与NO相比,生成的O更易与C2H4作用,几乎没有NO2的生成.当C2H4和O2共存时(NO/O2/C2H4/N2),NO主要被氧化为NO2.当能量密度为125 J•L－1时, 与其它体系相比,NO/O2/C2H4/N2体系中NO转化率和NO2生成量最大,转化每个 NO分子能耗最小(61 eV).体系中C2H4主要被氧化为CO.四个体系中N2O的生成量都较少.讨论了介质阻挡放电条件下上述四个体系可能的反应机制.     

介质阻挡放电-发射光谱测定偏二甲肼

基于气相色谱分离、低温等离子放电与发射光谱技术建立了偏二甲肼（UDMH）的测定方法。以介质阻挡放电（DBD）低温等离子体作为偏二甲肼的发射光谱（OES）激发源、DBD-OES微型发射光谱系统产生的384.94 nm特征光谱为检测信号,电荷耦合检测器（CCD）采集信号。仪器检出限为0.48μg/L;UDMH质量浓度为5μg/L时,相对标准偏差（RSD）为1.3%;环境水样的加标回收率为84%～90%。方法可应用于痕量偏二甲肼的检测和应急监测。     

介质阻挡放电等离子体脱除氮氧化物的发射光谱研究

在大气压下, NO/N2体系中, 利用发射光谱技术对50 Hz和5 kHz交流介质阻挡放电等离子体在200～900 nm范围内进行了诊断. 在632、674.5、715.5和742 nm等处测得了N原子的谱线. 利用化学发光法NOx分析仪, 模块式红外吸收气体分析检测仪, 大气压下直连质谱多种检测手段对放电前后的稳定物种进行了分析, 观察到O2的生成. 初步讨论了无氧条件下介质阻挡放电等离子体中NO脱除的反应机制.     

介质阻挡放电等离子体甲烷部分氧化重整制氢

在自制的介质阻挡放电等离子体重整制氢装置上进行了甲烷部分氧化重整制氢的实验研究. 本文研究了氧碳(O/C)摩尔比, 进气流量, 放电间隙, 放电区间长度, 填充物的直径、形状和材料, 放电电压和放电频率对甲烷转化率、氢产率和产物的选择性(H₂、CO和CO₂)的影响. 实验结果表明: 放电区域的参数对甲烷转化率有较大的影响. 甲烷转化率随着放电区域长度的增大而增大, 当放电区域长度从5 cm增大到20 cm时, 甲烷转化率从6.87%增大到22.26%, 增大率为224%. 同时, 放电区域的填充物对产氢效果有较大的影响. 当反应器填充颗粒时, 甲烷转化率比无填充物时高. 选择适当介电常数的填充物具有巨大的实际工程意义. 另外, 氢产率和氢气的选择性随着放电频率的增大而增大, 当放电频率从1.5 kHz 增大到7.0 kHz 时, 氢产率从1.10%增大到9.49%, 氢气的选择性从21.18%增大到30.06%. 实验结果将对碳氢燃料等离子体重整制氢的车载应用提供实验依据.     

介质阻挡放电中OH自由基对甲醛脱除的影响

对管线式介质阻挡放电中的甲醛脱除进行了实验研究, 测量了介质阻挡放电产生的OH (A²Σ→X ²Π, 0-0)自由基发射光谱. 研究了在一个大气压下不同放电峰值电压、放电频率、添加氩气和氧气时甲醛脱除率与OH自由基发射光谱强度的变化关系. 实验结果表明: 在氮气含甲醛体系中, 提高放电峰值电压、放电频率和增大氩气含量时, 甲醛脱除率随OH (A²Σ→X ²Π, 0-0)自由基发射光谱强度的增强而提高; 当在氮气含甲醛体系中增大氧气含量时, 甲醛脱除率随OH (A²Σ→X ²Π, 0-0)自由基发射光谱强度的减弱而降低. 在11.5 kV放电峰值电压和9 kHz放电频率下, 氮气含甲醛体系中甲醛脱除率达93.8%.     

介质阻挡放电等离子体中·OH和HO2·自由基的数值模拟计算

在介质阻挡放电等离子体N2/O2/H2O/HCHO体系中通过解Boitzmann方程,得到电子能量分布函数,利用得到的电子能量分布函数计算电子-分子碰撞反应速率常数.然后把有关的反应速率常数带入速率方程,计算得到该体系在介质阻挡放电时,·OH、HO2·和电子的浓度随时间的演变以及·OH、HO2·浓度随H2O、O2摩尔分数的变化,并将模拟结果与实验值进行了对比,两者符合得较好.     

甲烷参与下催化剂填充型介质阻挡放电等离子体脱除NOx

 将In/HZSM-5催化剂填充于介质阻挡放电反应器中,考察了甲烷参与下NOx的脱除及其脱除产物. 结果表明,在200～350 ℃间,等离子体与催化剂共同作用时NOx的转化率明显高于等离子体或催化剂单独作用时NOx的转化率. 在0.03%NO-0.05%CH4-2%O2-97.92%N2,空速7200 h-1和300 ℃的条件下,单纯等离子体、单纯催化剂和二者共同作用下NOx的转化率分别为24%,25%和65%. 甲烷参与下等离子体和催化剂共同作用时,在催化剂表面没有硝酸盐或亚硝酸盐生成,仅有少量副产物N2O生成. 由此可以推断,NOx脱除的主要产物为N2. 低于300 ℃时,NOx的脱除以分解途径为主,甲烷的作用主要是抑制放电条件下NOx生成的副反应; 在300～350 ℃间,甲烷作为还原剂被等离子体和催化剂协同活化,NOx的脱除以还原途径为主. 采用催化剂填充型介质阻挡放电反应器,可在非常宽的温度区间实现NOx的脱除.     

Spectroscopic Characterization of CH4 + CO2 Plasmas Excited by a Dielectric Barrier Discharge at Atmospheric Pressure

Plasma processing of a (CH ₄ +CO ₂ ) mixture can lead to the formation of synthesis gas (CO+H ₂ ). The use of a nonthermal plasma for this type of process seems very promising. We report here an electric and spectroscopic characteristic of plasma created in a (CH ₄ +CO ₂ ) mixture by a high-voltage, steep front-voltage (>10 ¹² V/s), very-short-pulse triggered dielectric barrier discharge in a tubular cell. Particular attention was payed to the determination of the rotational temperature for C ₂ . Time resolved investigation of the Swan band leads to an estimated value around 3000 K.     

Plasma-catalytic Selective Reduction of NO with C2H4 in the Presence of Excess Oxygen

This paper reports observations of significant synergistic effects between dielectric barrier discharge (DBD) plasmas and Cu-ZSM-5 catalysts for C2H4 selective reduction of NOx at 250℃ in the presence of excess oxygen by using a one-stage plasma-over-catalyst (POC) reactor. With the reactant gas mixture of 530 ppm NO, 650ppm C2H4, 5.8% 02 in N2and GHSV = 12000h^-1, the pure catalytic, pure plasma-induced (discharges over fused silica pellets) and plasma-catalytic (in the POC reactor) NOx conversion are 39%, 1.5% and 79%, respectively. The in-situ optical emission spectra of the reactive systems imply some short-lived active species formed from plasma-induced and plasma-catalytic processes may be responsible to the observed synergistic effects in this one-stage POC system.     

低温等离子体转化NO/O2/N2气氛中NO的实验研究

通过建立低温等离子体实验系统, 研究了介质阻挡放电型低温等离子体反应器作用于NO/O2/N2混合气体系时, NO, O2初始浓度对NO的转化效率的影响以及NOx, O3浓度随能量密度的变化关系. 低温等离子体作用于NO/O2/N2混合气体系时, NO同时发生氧化还原反应, 氧化反应占主导地位, 大部分NO转化为NO2; NO转化率随O2, NO初始浓度增大而降低, 能量密度在450～600 J/L时转化率较高; 产生的O3浓度随能量密度的增大呈先增后减的趋势.     

NO Conversion by Dielectric Barrier Discharge and TiO2 Catalyst: Effect of Oxygen

Present study was carried out to investigate the conversion of NO by simultaneous action of the dielectric barrier discharge (DBD) and TiO₂ catalyst. NO conversion was recorded as a function of the input energy density by varying the percentage of NO and O₂. NO conversion efficiency increased at higher content of O₂. The presence of a TiO₂ coating inside the reactor resulted in initially enhanced NO conversion but in few minutes the positive effect of TiO₂ diminished. The increased conversion of NO in initial stage of the process was more pronounced at higher densities of input energy (higher than 100 J/l) and at lower O₂ concentrations, but without O₂ the TiO₂ coating had no effect on the conversion of NO. The results indicate that the conversion of NO during first few minutes is related to the surface reactions with adsorbed atomic oxygen.     

Humidity Effect on Toluene Decomposition in a Wire-plate Dielectric Barrier Discharge Reactor

Laboratory-scale experiments were performed to evaluate the humidity effect on toluene decomposition by using a wire-plate dielectric barrier discharge (DBD) reactor at room temperature and atmospheric pressure. The toluene decomposition efficiency as well as the carbon dioxide selectivity with/without water in a gas stream of N₂ with 5% O₂ was investigated. Under the optimal humidity of 0.2% the characteristics of toluene decomposition in various background gas, including air, N₂ with 500 ppm O₂, and N₂ with 5% O₂ were observed. In addition, the influence of a catalyst on the decomposition was studied at selected humidities. It was found that the optimum toluene removal efficiency was achieved by the gas stream containing 0.2% H₂O, since the presence of water enhanced the CO₂ selectivity. In addition, the toluene removal efficiency increased significantly in a dry gas stream but decreased with an increase in the humidity when the Co₃O₄/Al₂O₃/nickel foam catalyst was introduced into the discharge area.