氫氧等離子體直接合成H2O2的反應(yīng)機(jī)理.pdf

1、過(guò)氧化氫(H2O2)是用途廣泛的綠色氧化劑。氫氧直接反應(yīng)是近年來(lái)H2O2合成領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文在課題組前期關(guān)于H2/O2等離子體法直接合成H2O2的研究基礎(chǔ)上，采用發(fā)射光譜和同位素示蹤等技術(shù)重點(diǎn)研究了在H2/O2爆炸限內(nèi)安全合成H2O2的機(jī)理。還對(duì)Ar分子催化合成H2O2以及在高氧濃度下放大合成H2O2等進(jìn)行了初步研究。論文取得了如下主要結(jié)果和結(jié)論:
　　1.反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)H2/O2等離子體反應(yīng)的安全性具有顯著的影響。自冷卻雙介

2、質(zhì)阻擋放電(DDBD)反應(yīng)器的安全性最高，其允許的O2濃度可接近30mol％。該反應(yīng)器具有放電電流弱、放電均勻彌散且氣體溫度低的放電特性。其高安全性的根本原因是H2/O2等離子體的電子密度低。該反應(yīng)器可用O2濃度為10mol％～25mol％的H2/O2混合氣（爆炸極限內(nèi)）合成H2O2。由于O2濃度增加，合成H2O2的收率及能量效率得到提高。
　　2.H2/O2等離子體中H2O2主要是通過(guò)鏈終止反應(yīng)H+O2→HO2和HO2+HO2→

3、H2O2+O2生成。H2O主要通過(guò)支鏈反應(yīng)H+O2→OH+O和O+H2→OH+H及鏈傳遞反應(yīng)H2+OH→H2O+H生成。自冷卻DDBD反應(yīng)器中電子密度低，O2和H2的活化度均較低，有利于鏈終止反應(yīng)生成H2O2。而自冷卻SDBD反應(yīng)器中氫氧的活化度較高，有利于支鏈反應(yīng)和鏈傳遞反應(yīng)，從而導(dǎo)致H2O的生成和鏈?zhǔn)奖ā?br>　　3.電子能量對(duì)H2和O2分子的活化也有重要影響。能量E＜1eV和E＞2eV的電子能活化O2分子。但能量為1eV＜E＜

4、2eV的電子能夠選擇性地活化H2，有利于鏈終止反應(yīng)生成H2O2。這為進(jìn)一步改善H2/O2等離子體合成H2O2選擇性及安全性提供了可能。
　　4.添加氣（Ar、He或N2）對(duì)H2/O2混合氣的放電及其等離子體反應(yīng)具有顯著的影響。其中，Ar的加入使放電更均勻，降低了放電電壓，有利于提高合成H2O2的時(shí)空產(chǎn)率和能量效率。當(dāng)Ar流量為100ml/min時(shí)，合成H2O2的時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到57.8gH2O2/l.h，能量效率達(dá)到16.1g/kW.

5、h，與不添加Ar相比分別提高了158％和156％。研究發(fā)現(xiàn)，亞穩(wěn)態(tài)Ar*（1s3和1s5）能夠通過(guò)直接與H2分子反應(yīng)形成復(fù)合物，從而選擇性地促進(jìn)H2解離，對(duì)H2/O2等離子體合成H2O2表現(xiàn)出明顯的單分子催化效應(yīng)。
　　5.發(fā)明了新一代以金屬粉末(MP)為高壓電極的DDBD電反應(yīng)器(MP-DDBD)，使H2/O2等離子體合成H2O2實(shí)現(xiàn)了安全、不間斷操作?；谠摲磻?yīng)器進(jìn)一步設(shè)計(jì)了多管并聯(lián)放大合成H2O2反應(yīng)裝置，并以O(shè)2濃度為15