非热等离子体催化转化C1分子及其催化剂研究进展

非热等离子体催化具有反应条件温和、启动快和反应器结构紧凑等特点,在C₁分子催化转化领域（如CO₂加氢、甲烷活化、水煤气变换反应和甲醇重整制氢）有着广阔的应用前景。具体来说,等离子体特有的高能电子可在气相中快速活化稳定性极强的C₁分子并生成活性物质,接着与催化剂结合发生表面化学反应,从而实现常温常压下C₁分子的高效转化。然而,等离子体与催化剂之间的协同作用机制以及催化机理极为复杂,仍有待进一步研究。本综述简单介绍了非热等离子体催化转化C₁分子的近期研究进展,重点探讨了适用于非热等离子 体的催化剂研究以及催化机理的高级原位表征。最后,提出了非热等离子体催化转化C₁分子的未来发展方向：①设计并构筑适用于非热等离子体催化的高效催化剂,并研究其构效关系;②发展高级原位表征技术,揭示活性物质的作用机理以及催化机理;③设计并构建高效的等离子体催化反应器,并建立反应器的理论模型和数值模拟方法,科学指导等离子体反应器的设计、优化和放大。     

ZSM-5催化剂与低温等离子体协同转化H2S-CO2制合成气

将H₂S和CO₂混合酸气一步转化制合成气,既实现了二者无害化处理,又生产出合成气,是一条理想的废气资源化利用新路线。由于分子结构稳定,在常规条件下因受热力学平衡限制,二者转化率极低。而在低温等离子体中,H₂S和CO₂可被激发为高活性物种来参与反应。研究了具有不同Si/Al摩尔比的ZSM-5催化剂与低温等离子体结合实现H₂S-CO₂一步高选择性制合成气,显著提高了H₂S-CO₂转化性能。考察了ZSM-5催化剂中Si/Al比和低温等离子体放电条件等对反应的影响。其中,当Si/Al比为80时表现出最优催化性能,最高H₂和CO产率分别达到56.1%和10.0%。对常规条件和低温等离子体氛围下的不同ZSM-5催化剂上CO₂、H₂S、CO、H₂等化学吸脱附行为进行了对比研究,发现低温等离子体促进了催化剂对CO₂、H₂及CO分子的吸附活化,进而明显提升了H₂S和CO₂转化。     

催化强化低温等离子体降解甲苯的研究

研究了介质阻挡放电反应器与MnO_x/γ-Al_2O_3催化剂强化去除甲苯的性能。探究负载含量、焙烧温度、焙烧时间等条件对降解甲苯的影响,采用均匀设计的方法来优化甲苯降解的制备参数,并对产生的尾气进行在线监测分析。结果表明,5%的负载含量、焙烧温度660℃、焙烧时间为195 min时甲苯的降解率最高可达92.48%,较空塔反应器(83.79%)有了显著提升。对尾气监测分析发现,加入了催化剂后O_3和NO_X浓度由246.76 mg/m³、110.99 mg/m3、110.99 mg/m³分别降低到90.30 mg/m3分别降低到90.30 mg/m³、20.69 mg/m3、20.69 mg/m³;最后对催化剂表面产物进行GC-MS检测,分析反应机理。为等离子体技术的发展提供了新思路,为该技术的商业应用提供了借鉴。     

双介质阻挡放电低温等离子体对模拟堆肥气体中氨气的去除

针对固体废物堆肥设施氨气污染问题，本文首次运用双介质阻挡放电低温等离子体（DDBD）技术去除模拟堆肥气体中的氨气。考察了输入功率、氨气流速、氨气初始浓度、反应器放电间隙、氧气含量等参数对氨气去除率和低温等离子体系统能量效率的影响，并分析了副产物的生成情况及其影响因子。研究结果表明，氨气去除率与输入功率和氧气含量呈正相关，与氨气流速和氨气初始浓度呈负相关。低温等离子体系统的能量效率与氨气流速、氨气初始浓度、氧气含量均正相关，但随输入功率的增加先升高后降低。研究发现，在所设定的反应条件下，4mm放电间隙反应器的能耗最低，能量效率最高。O₃和NO_x是DDBD去除氨气的反应副产物，其浓度均与氧气含量呈正相关，均呈现随输入功率的增加先升高后降低的趋势。     

非平衡等离子体合成氨研究综述

非平衡等离子体技术是一种能有效降低反应压力和温度的新型合成氨方法。综述了非平衡等离子体合成氨技术的研究历程,包括在低压下采用微波、射频或交、直流高压激发辉光放电和常压下采用介质阻挡放电产生非平衡等离子体进行合成氨研究。此外,针对目前国内外研究现状,对常压介质阻挡放电等离子体合成氨发展方向进行了展望。     

催化型低温等离子体反应器净化废气研究进展

催化型低温等离子体反应器可有效地提高废气治理的能量效率和净化效果.现有数据表明,在一定能量密度下,催化型低温等离子体反应器比传统低温等离子体反应器能量效率有1.1～12倍的提高,这和污染物种类,反应器构型及催化剂参数有关.本文介绍了反应机理、反应器构型及催化剂参数选择等对反应器性能的影响,并指出今后研究的发展方向.     

脉冲放电等离子体协同Mn/TiO2-分子筛、Fe/TiO2-分子筛、Cu/TiO2-分子筛催化剂降解甲醛

为进一步提高脉冲放电等离子降解甲醛的效率,增加CO₂选择性,降低O₃产生量,研究采用放电等离子体和催化剂协同技术。实验以分子筛为载体,分别制备了Mn/TiO₂-分子筛、Fe/TiO₂-分子筛和Cu/TiO₂-分子筛3种催化剂,并利用XRD、SEM、EDS、FT-IR方法对催化剂进行表征分析。进行了脉冲放电等离子体协同3种催化剂降解甲醛的研究,比较了不同催化剂协同等离子体对甲醛去除率、CO₂选择性、O₃产生量的影响。结果表明,3种催化剂与脉冲放电等离子体都存在协同作用,并能有效地提高甲醛去除率,增加CO₂选择性,降低O₃产生量。当脉冲电压为20kV、放电频率为40Hz、气体流量为0.5L/min时,Mn/TiO₂-分子筛催化剂协同效果最佳,甲醛去除率为94.4%,CO₂选择性为42.2%。催化剂表征结果显示Mn/TiO₂-分子筛的活性组分颗粒分布均匀,锐钛矿相的TiO₂和微晶状态的MnO_x的存在有效促进了甲醛的氧化分解。研究还对放电等离子体协同Mn/TiO₂-分子筛催化剂降解甲醛的机理进行了探讨。     

介质阻挡放电微等离子体分解二氧化碳研究

二氧化碳既是主要的温室气体之一,也是包含碳和氧的资源,把相对惰性的CO₂转化为易于利用的CO是其利用的方法之一。采用介质阻挡微等离子体反应器通过单变量和正交实验探究了反应器参数(放电区长度、放电间距、介质厚度)和工艺参数(输入功率、放电频率和停留时间)对CO₂分解为CO的转化率和能量效率的影响规律。研究结果表明,影响CO₂转化率的大小顺序依次为：放电间距>放电长度>输入功率≈停留时间>介质厚度>放电频率;输入功率60.0 W、放电频率9.0 kHz和停留时间1.5 s、放电区长度60 mm、放电间距0.5 m、介质厚度1.6 mm时,CO₂的转化率为10.6%,能量效率为4.1%。     

小型反应器内气相甲醇制二甲醚操作优化与分析

通过对小型反应器内气相甲醇催化制二甲醚反应进行高温热态实验,探究了反应温度与甲醇质量空速对催化剂床层轴向温度分布的变化规律,同时分析了不同的操作条件对甲醇转化率和二甲醚选择性的影响,从而优化小型反应器的操作参数。研究结果表明：当甲醇质量空速为1 h^-1时,在不同反应温度条件下,催化剂床层会出现约1.7～2.9℃的轴向绝热温升,且催化剂床层热点温度接近于催化剂床层轴向中部位置;当反应温度为250℃,甲醇质量空速为1 h^-1时,催化剂床层轴向温度分布曲线较为平缓,且甲醇转化率和二甲醚收率均较高,即反应温度为250℃及甲醇质量空速为1 h^-1可视为该小型反应较优的操作条件。     

多针电晕放电协同Ag/TiO2纳米催化剂脱除空气中低浓度甲苯研究

采用多针电晕放电与Ag/TiO₂纳米催化剂的原位耦合构建等离子体催化系统，对系统的放电特性进行诊断，并对催化剂进行表征研究；研究等离子体催化系统对空气中低浓度甲苯的脱除性能，并监测系统脱除甲苯过程中产生的有害副产物臭氧；探讨等离子体催化系统脱除低浓度甲苯及控制副产物臭氧生成的内在机制。研究结果表明，当放电电压高于7.0 kV时，等离子体可弥散于整个放电间隙内，Ag/TiO₂纳米催化剂的涂覆未影响放电的正常进行，利于反应气体、等离子体及催化剂间的相互作用；Ag/TiO₂纳米催化剂的Ag粒子粒径约为6.5 nm，可以创造大量高活性Ag-TiO₂界面位点，并能吸收利用等离子体辐射的紫外-可见光；当放电电压为7.5 kV时，单纯多针电晕放电所得甲苯转化率与CO₂选择性分别为21%与7%，等离子体催化系统则使二者分别提升至83%与61%，并将过程中副产物臭氧的浓度由5.12 mg/m³降至0.02 mg/m³以下；多针电晕放电协同Ag/TiO<...     

等离子体-催化剂体系下甲苯加氢反应

探索了等离子体介质阻挡放电甲苯加氢工艺的行为。反应产物的气相色谱分析结果表明甲基环己烷为主产物。单因素实验法考察不同因素对甲苯加氢反应行为的影响,初步推测等离子体环境下甲苯加氢反应包含三种机理:加成反应、取代反应、C-C键断裂反应。研究发现,通过增大放电功率和催化剂(Ni/SiO2)协同作用,可使甲基环己烷转化率趋于最佳值。在反应条件为:"一段式"催化剂装填方式,0.30 g催化剂固载于0.1 g玻璃纤维上,催化剂活性金属组分含量17%(wt);放电电压8.4 k V;电极直径50 mm;气体配比(VH2/VC7H8)31;停留时间21 s,其甲苯转化率可达78.4%,甲基环己烷选择性72.2%。     

高压脉冲放电等离子体技术处理有机废水进展

介绍了近年来高压脉冲放电等离子体水处理技术在反应器设计、催化剂的选择评价、实验条件方面的发展,总结了国内外关于高压脉冲放电水处理的研究,提出了现存的一些问题。     

脉冲电晕等离子体原位合成过氧化氢

在脉冲电晕放电条件下,用等离子体化学反应方法研究了原位H2O2的合成,考察了一些主要的参数对H2O2产量的影响.在室温和常压下,氢气和氧气能够在脉冲电晕等离子体条件下原位转化为过氧化氢;就过氧化氢的产量而言,针-板式反应器要优于线板式反应器;适当调整反应物(氢气和氧气)的比率、反应的空速、放电的脉冲电压和重复频率能够提高过氧化氢的产率.     

多孔膜反应器中丙烷催化脱氢制丙烯的模拟研究

针对丙烷高效脱氢制丙烯的多孔膜反应器构建了无量纲数学模型并进行了模拟研究,考察了催化剂活性、透氢膜性能、操作条件对多孔膜反应器中丙烷脱氢的转化率、丙烯收率、氢气收率和纯度的影响。结果表明,移走产物氢气可以有效提升膜反应器的性能,其性能的提升程度由不同温压条件下催化剂和透氢膜性能共同决定。高活性催化剂是丙烷高效转化的基础,催化剂活性越高,膜反应器内的产氢速率越快;其次,膜的选择性和渗透通量越高,氢气的移除效率越高,可在最大程度上打破热力学平衡的限制,使反应向生成丙烯的方向移动。当多孔透氢膜的氢气渗透率在10^-7~10^-6 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,H₂/C₃H₈选择性达到100时,其丙烷转化率可以与Pd膜反应器内的转化率相当,但分离的氢气纯度低于Pd膜反应器。与传统的固定床反应器相比,膜反应器由于促进了化学平衡的移动,可以在较低的反应温度下获得相当高的丙烷转化率,且丙烷转化率随着反应压力的增加呈现出一个最大值。该模拟研究可为实际生产过程中膜反应器用于PDH反应的高效强化提供有益的技术指导。     

CuO/HZSM-5催化溴甲烷芳构化制备芳烃

采用等体积浸渍法制备了不同负载量（1%~7%）的CuO/HZSM-5催化剂,在固定床反应器中研究了不同反应温度、溴甲烷流量以及CuO负载量对溴甲烷芳构化催化性能的影响。采用SEM、XRD、N₂吸附脱附、TEM、XPS、TG、DSC、NH₃-TPD等技术对反应前后的催化剂进行表征。XRD 结果显示活性组分CuO 在HZSM-5上具有很好的分散性,并且反应后Cu晶型不变。NH₃-TPD 结果显示3%的CuO 负载后,催化剂强酸量增加。在CuO 负载量为3%,温度为360℃,反应空速为240 ml·g^-1·h^-1 条件下得到最高的芳烃收率（22.3%）。XPS 结果显示反应后在催化剂上主要的积炭为石墨碳。催化剂稳定性测试结果表明反应40 h内催化活性没有明显下降。     

Al2O3在脉冲等离子体降解CFC-113中提高转化率的作用机理

催化剂α-Al₂O₃可显著提高脉冲电晕等离子体降解CFC-113的转化率，高达95.5%。着重从物理角度深入研究了催化剂的增效机理：催化剂颗粒表面附近的等离子体鞘层有利于离子和电子的加速；等离子体中的离子、电子、激发态中性分子及亚稳态自由基团等活性粒子与反应器中固体表面的相互作用可促进降解；颗粒孔隙附近产生的局部电晕放电可显著提高附近离子和电子的动能。孔径小、比表面积大的Al₂O₃颗粒能更好地提高CFC-113的转化率，并从脉冲放电粒子荷电等机理出发分析，原因在于局部电晕场较多较强、吸附能力较高。     

低温等离子体辅助去除含碳固态混合物

柴油发动机尾气中存在大量颗粒物,它易被人体吸入,对人的身体健康造成极大危害。其主要成分——碳烟及可溶性有机成分（SOF）等,可通过氧化燃烧的方法除去。本文从柴油机尾气颗粒物的治理出发,介绍了传统的颗粒物后处理技术,包括颗粒捕集器结合再生、微粒催化氧化转化（DOC）、静电捕集等技术。主要介绍了近年所发展起来的低温等离子体（NTP）辅助去除含碳固态混合物（PM）技术,包括等离子体反应器中的化学反应,常见的低温等离子体反应器结构及等离子体产生的放电类型。此外,根据等离子体反应器的安装位置不同,还介绍了两种不同的等离子体PM处理方法——直接等离子体方法和间接（远程）等离子体方法,后者可避免高温对等离子体过程的不利影响。总结了等离子体技术的应用特点,提出对等离子体辅助PM去除过程的研究可着眼等离子体技术本身,研究各种对气体放电产生影响的因素,为等离子体反应器的开发和应用提供参考。     

非热等离子体强化TiO2催化尿素分解副产物水解性能的研究

尿素-选择性催化还原技术低温下运行时尿素分解不彻底,易形成缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺等副产物。本研究将TiO₂催化剂与介质阻挡放电等离子体相结合,在程序升温条件下考察了载气中有无O₂时引入等离子体前后TiO₂催化尿素分解副产物水解的性能。结果表明：TiO₂表面缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺分别在43~261℃、217~300℃和199~300℃水解生成NH₃和CO₂,载气中有无O₂对催化水解过程几乎无影响。引入等离子体后缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺水解所需温度显著降低,载气中无O₂时引入等离子体NH₃产率变化不大,副产物仅有少量N₂O和NO,有O₂时NH₃产率显著降低,且生成较多N₂O、NO、NO₂及少量NH₄NO₂和NH₄NO₃。未来需从优化放电条件和催化剂组成等方面解决引入等离子体导致副产物形成等问题。     

射频等离子体氨合成反应器的研究

根据等离子体化学反应的特点,应用射频辉光放电,研究了T型、Y型和夹套型反应器对低压条件下N2＋H2转化反应的影响。结果显示,TⅡ型反应器是射频等离子体氨合成反应相对有利的反应器。     

醋酸甲羟孕酮合成用钯炭催化剂研究

以6-甲基孕酮乙酸酯为原料，在Pd/C催化剂和助剂等作用下合成醋酸甲羟孕酮。考察不同Pd含量催化剂及其用量、反应时间、反应温度、反应器转速对反应效果的影响。结果表明，制备的3%Pd/C和5%Pd/C催化剂均能实现醋酸甲羟孕酮的合成，3%Pd/C催化剂具有明显的性能和成本优势。在3%Pd/C催化剂用量1.0 g、反应温度100℃、反应时间90 min和反应器转速600 r·min^-1的条件下合成的醋酸甲羟孕酮纯度最优，对应粗品中F杂质最低。