介質(zhì)阻擋放電催化氧化甲烷的基礎(chǔ)研究.pdf

1、浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文介質(zhì)阻擋放電催化氧化甲烷的基礎(chǔ)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(shù)。目前等離子體協(xié)同催化氧化C I - 1 4 的機(jī)理仍不明確，阻礙了對(duì)C H 4 深度氧化技術(shù)的開發(fā)。本研究的目的在于通過實(shí)驗(yàn)提出一個(gè)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(yīng)機(jī)理。首先，本研究采用管式D B D 反應(yīng)器分解O H 4 ( 1 0

2、％0 2 ，H e 為平衡氣) ，探討了A u 負(fù)載量以及溫度對(duì)C H 4 轉(zhuǎn)化率的影響。利用在線質(zhì)譜對(duì)C H 4 分解產(chǎn)物進(jìn)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(jìn)行表征，提出了等離子體協(xié)同催化氧化C H 4 的機(jī)理。O H 自由基在等離子體催化氧化C H 4 反應(yīng)中起到重要作用。本研究又采用板式D B D 反應(yīng)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(duì)濕度對(duì)O H 自由基生成的影響。利用數(shù)字單鏡頭反光照相機(jī)和I m a g e —P r o + 軟件，對(duì)O H ( A —X 、) 發(fā)光( 3 0 9r i m ) 的空間分布和強(qiáng)度進(jìn)行了解析，基于數(shù)值解析的結(jié)果探討了O H 自由基的生成與消耗途徑。主要結(jié)果總結(jié)如下：( 1 ) 在2 5 —1 5 0 。C 范圍內(nèi)，O H 4 轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大；填充催化劑小球后C I - h 轉(zhuǎn)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(fù)載量的增大而減小，當(dāng)A u 負(fù)載量為2 w t ．％以上時(shí)，催化劑失去C H 4 吸附能力。此外，C H 4 轉(zhuǎn)化率與浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文中在電子轟擊作用下分解形成C H 3 “ 和H 。對(duì)于填充丫一舢2 0 3 小球的D B D 反應(yīng)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(diǎn)上。H 2 0 ( a d ) 從砧位點(diǎn)上脫附主要是0 2 放電產(chǎn)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(jìn)一步氧化成C O ( a d ) ，C O ( a d ) 貝J J 與烈位點(diǎn)上的O ( a d ) 螯合生成雙配位基碳酸鹽，并已通過紅外結(jié)果證實(shí)。這種雙配位基碳酸鹽不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化形成氣態(tài)C 0 2 。該機(jī)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(zhì)，沒有進(jìn)一步深度氧化生成C 0 2 。在氧化鋁上負(fù)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(cè)在A u 和A 1 2 0 3 上的雙配位基碳酸鹽可以移動(dòng)到A u 簇上。A u 上雙配位基碳酸鹽能與放電產(chǎn)生的活性O(shè) 原子反應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)C H 3 和H 最終轉(zhuǎn)化

7、為C 0 2 和H 2 0 。( 6 ) O H ( A —X ) 發(fā)光強(qiáng)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(duì)濕度及放電間隙的增大而減小。當(dāng)放電功率相等時(shí)，增大電壓峰值可以得到更大的O H ( A —X ) 發(fā)光強(qiáng)度，表明施加電壓的增加對(duì)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(guān)，O H 自由基主要是通過O ( 1 D )和H 2 0 之間的反應(yīng)( O (