等离子体和催化技术协同转化空气中甲烷的研究

【摘要】： 甲烷是一种主要的温室气体,其制造温室效应的能力是CO_2的23倍。并且在密闭的生活空间,空气中的甲烷也是一种有害的污染物。因此,开发一种高效清除空气中的甲烷的技术具有重要的工业意义。 基于金属催化剂催化氧化脱除空气中的甲烷的路线已经研究了很多年,也取得了较好的研究进展,但是还存在着一些传统方法难于克服的问题:(1)其所需的氧化温度较高,多在500℃以上;(2)在氧化过程中产生的水容易引起催化剂活性下降。为了克服上述问题,近年来,一些学者开展了等离子体催化甲烷氧化的研究,反应温度得到了明显下降。 本文在常温常压下,开展了等离子体催化氧化空气中甲烷的研究,并对各种放电参数及工艺参数进行了系统考察。结果发现:(1)不同的电极材料对甲烷氧化有不同的催化性能,催化性能排序为:不锈钢(Fe-Ni)紫铜(Cu)黄铜(Cu-Ni);(2)甲烷在等离子体区停留时间的增加有利于甲烷的转化率增加,且停留时间、甲烷的浓度对CO_2的选择性都有明显影响;(3)小的等离子体区域能够产生能量较高的等离子体,这有利于甲烷氧化效率的增加。(4)反应中添加少量水分有利于甲烷的转化和CO_2产生。 【关键词】：等离子体 甲烷脱除 二氧化碳
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：O621.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 概述7-19
• 1.1 净化空气中甲烷的意义7
• 1.2 催化法CH_4氧化脱除研究进展7-9
• 1.3 等离子体技术研究进展9-18
• 1.3.1 等离子体简介9
• 1.3.2 等离子体发展历史概况9-10
• 1.3.3 非平衡等离子体的产生方法及其应用概述10-12
• 1.3.4 非平衡等离子体在化学中的应用12-18
• 1.4 本课题研究的内容18-19
• 第二章 实验方法19-23
• 2.1 等离子体法和催化作用协和净化甲烷的实验流程19-20
• 2.2 等离子体电源20
• 2.3 本课题采用的介质阻挡放电反应器20-21
• 2.4 电极催化作用的试验参数考察21
• 2.4.1 放电电极材质的选择及放电电极材质对甲烷净化效果的影响21
• 2.4.2 放电管的结构21
• 2.4.3 放电间距对甲烷净化效果的影响21
• 2.4.4 放电电极长度对甲烷净化效果的影响21
• 2.4.5 甲烷浓度和气速的考察21
• 2.4.6 添加水分对甲烷净化效果的影响21
• 2.5 分析检测方法21-22
• 2.6 CH_4转化率(C CH_4)和CO_2选择性(S CO_2)的计算方法22-23
• 第三章 实验结果与讨论23-30
• 3.1 放电间距对甲烷净化效果的影响23-24
• 3.2 反应器长度对甲烷净化效果的影响24-25
• 3.3 放电电极材质对甲烷净化效果的影响25-26
• 3.4 添加水分对甲烷净化效果的影响26
• 3.5 甲烷浓度和气速的考察26-28
• 3.5.1 气速考察26-27
• 3.5.2 浓度考察27-28
• 3.6 甲烷等离子体催化氧化的反应机理28-30
• 第四章 结论30-31
• 4.1 电极的催化作用30
• 4.2 甲烷在等离子体区停留时间影响甲烷的转化率和CO2 选择性30
• 4.3 反应中填加水分有利于甲烷转化30-31
• 参考文献31-36
• 发表论文和参加科研情况说明36-37
• 致谢37

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