介質阻擋放電催化氧化甲烷的基礎研究.pdf

1、浙江工商大學碩士學位論文介質阻擋放電催化氧化甲烷的基礎研究摘要等離子體協(xié)同催化深度氧化C H 4 是一種潛在的低溫下C H 4 排放控制技術。目前等離子體協(xié)同催化氧化C I - 1 4 的機理仍不明確，阻礙了對C H 4 深度氧化技術的開發(fā)。本研究的目的在于通過實驗提出一個等離子體協(xié)同貴金屬催化劑( A u ／y ．A 1 2 0 3 ) 催化氧化O H 4 的反應機理。首先，本研究采用管式D B D 反應器分解O H 4 ( 1 0

2、％0 2 ，H e 為平衡氣) ，探討了A u 負載量以及溫度對C H 4 轉化率的影響。利用在線質譜對C H 4 分解產物進行分析。所用的催化劑利用N 2 ．吸附、X R D 、X P S 、I C P ．O E S 、T E M 和F T ．承表征手段進行表征，提出了等離子體協(xié)同催化氧化C H 4 的機理。O H 自由基在等離子體催化氧化C H 4 反應中起到重要作用。本研究又采用板式D B D 反應器研究了的O H 自由基生成特性

3、，分別探討了電壓峰值、脈沖頻率、放電間隙以及相對濕度對O H 自由基生成的影響。利用數(shù)字單鏡頭反光照相機和I m a g e —P r o + 軟件，對O H ( A —X 、) 發(fā)光( 3 0 9r i m ) 的空間分布和強度進行了解析，基于數(shù)值解析的結果探討了O H 自由基的生成與消耗途徑。主要結果總結如下：( 1 ) 在2 5 —1 5 0 。C 范圍內，O H 4 轉化率隨溫度升高而增大；填充催化劑小球后C I - h 轉化率

4、約是沒有填充催化劑小球情況下的兩倍。在室溫下，C H 4 吸附量隨催化劑A u 負載量的增大而減小，當A u 負載量為2 w t ．％以上時，催化劑失去C H 4 吸附能力。此外，C H 4 轉化率與浙江工商大學碩士學位論文中在電子轟擊作用下分解形成C H 3 “ 和H 。對于填充丫一舢2 0 3 小球的D B D 反應器，C H 3 極有可能是吸附在氧化鋁表面的晶格O 原子上形成C H 3 ( a d ) ，H 2 0 吸附在A l

5、位點上。H 2 0 ( a d ) 從砧位點上脫附主要是0 2 放電產生O 原子的置換作用。吸附在晶格O 原子上的C H 3 ( a d ) 被一步步脫氫生成C 。C ( a d ) 進一步氧化成C O ( a d ) ，C O ( a d ) 貝J J 與烈位點上的O ( a d ) 螯合生成雙配位基碳酸鹽，并已通過紅外結果證實。這種雙配位基碳酸鹽不能進一步轉化形成氣態(tài)C 0 2 。該機理揭示了在丫一A 1 2 0 3 上，C H 3

6、 ( a d ) 氧化最終生成雙配位基碳酸鹽物質，沒有進一步深度氧化生成C 0 2 。在氧化鋁上負載A u 之后，我們發(fā)現(xiàn)C H 4 可以深度氧化形成氣態(tài)C 0 2 。推測在A u 和A 1 2 0 3 上的雙配位基碳酸鹽可以移動到A u 簇上。A u 上雙配位基碳酸鹽能與放電產生的活性O 原子反應并脫附出來形成氣態(tài)C 0 2 。C 0 2 從A u 脫附使得a u h , ．A 1 2 0 3 催化劑能夠實現(xiàn)C H 3 和H 最終轉化

7、為C 0 2 和H 2 0 。( 6 ) O H ( A —X ) 發(fā)光強度隨放電功率的增大呈線性增加，隨脈沖頻率及電壓峰值的增大而增大，隨相對濕度及放電間隙的增大而減小。當放電功率相等時，增大電壓峰值可以得到更大的O H ( A —X ) 發(fā)光強度，表明施加電壓的增加對O H 自由基的生成是最有效的。( 7 ) O H 生成與O ( 1 D ) 自由基有關，O H 自由基主要是通過O ( 1 D )和H 2 0 之間的反應( O (