低溫等離子體催化氧化甲烷合成甲醇的應用基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著世界性石油資源的日益短缺，開發(fā)以天然氣或甲烷水合物(可燃冰)為原料替代石油資源，并原位轉(zhuǎn)化為有機含氧化合物成為重要的研究課題。低溫等離子體技術(shù)可在溫和反應條件下實現(xiàn)甲烷的活化，若將其與催化技術(shù)相結(jié)合，有望形成一種既具強活化能力、又具高選擇性的等離子體-催化協(xié)同活化新技術(shù)。本文主要開展了等離子體-催化協(xié)同作用于甲烷/空氣選擇性氧化合成甲醇的應用基礎(chǔ)研究。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴利用介質(zhì)阻擋放電等離子體實現(xiàn)常溫常壓條件下甲烷直接

2、轉(zhuǎn)化合成甲醇?？疾炝穗娫摧斎牍β?、放電頻率、放電間隙、氣體停留時間、氣體組分對甲烷轉(zhuǎn)化率及甲醇產(chǎn)率的影響，并對參數(shù)進行優(yōu)化；同時，考察了放電體系添加惰性氣體Ar或N2對反應的影響，研究表明惰性氣體的加入有利于提高放電強度和放電效率，獲得更高的甲烷轉(zhuǎn)化率及甲醇產(chǎn)率；通過等離子體發(fā)射光譜原位診斷證實甲烷選擇性氧化合成甲醇主要通過自由基反應得以實現(xiàn)。
　　 ⑵將催化劑引入等離子體反應體系，構(gòu)建后置式及內(nèi)置式等離子體-催化反應體系。針對

3、后置式體系篩選出單組分催化劑Fe2O3/CP，當催化溫度僅為150℃時，甲醇選擇性達到10.66％，較單純等離子體提高了35.1％。當添加助劑CuO構(gòu)成復合催化劑，在相同催化溫度下可將甲醇選擇性提高至11.33％；對于內(nèi)置式反應體系，放電區(qū)域填充Fe2O3-CuO/γ-Al2O3催化劑既有助于增強電場強度，又可造成催化劑表面局部反應分子和活性自由基的富集，提高反應效率。研究表明，催化劑在后置式體系中具有更好的抗積碳性能以及反應穩(wěn)定性。通