基于直流電暈放電的甲烷重整與部分氧化.pdf

1、據(jù)統(tǒng)計，我國垃圾填埋系統(tǒng)每年釋放大量的甲烷氣。隨著全球氣候變暖與能源問題的日益嚴峻，開發(fā)利用甲烷為清潔能源已成為國內(nèi)外的研究熱點。傳統(tǒng)的燃燒發(fā)電方式具有一定的地域局限性且對甲烷氣的產(chǎn)生量要求比較高。而以填埋氣作為化工原料生產(chǎn)高附加值的化工產(chǎn)品則可以解決產(chǎn)品的遠距離運輸問題，同時實現(xiàn)低產(chǎn)生量甲烷氣的能源化利用。低溫等離子體技術(shù)可以實現(xiàn)溫和條件下分子的活化轉(zhuǎn)化，有望成為甲烷資源化轉(zhuǎn)化的熱門技術(shù)。本論文采用直流電暈等離子體技術(shù)，開展了常溫常壓

2、下甲烷直接轉(zhuǎn)化的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
　　采用針-板式電極結(jié)構(gòu)，以CO2作為含氧自由基源，直流電暈等離子體可致CH4發(fā)生重整反應(yīng)生成乙炔。在放電電流為0.4mA，CH4/CO2=2、氣體流量為45mL/min時，C2H2的選擇性和產(chǎn)率分別可達到36％和12.8％，反應(yīng)能量利用效率最大達到0.97mmol/kJ。適量H2的引入可促進CO2的轉(zhuǎn)化，而當(dāng)體系中引入水蒸汽作為·OH產(chǎn)生源時，CH4的轉(zhuǎn)化率以及C2H2的選擇性和產(chǎn)率均有所提高。<

3、br>　　以液體溶液作為接地電極，構(gòu)建一個氣液放電體系，引入·OH對CH4進行活化氧化，同時將空氣作為氣態(tài)含氧自由基源。結(jié)果表明，放電過程中有甲酸、甲醇等液體產(chǎn)物生成，其中甲酸為主要物質(zhì)。當(dāng)放電電流為0.2mA，放電間距為1cm，CH4和空氣比1∶1，磷酸鹽緩沖溶液(PBS，pH=7)為液體電極時，甲酸的單位能耗產(chǎn)率達6.58mmol/(kW·h)。液體電極中一定濃度H2O2溶液的引入對甲酸的生成有一定促進作用，而當(dāng)反應(yīng)體系中引入CO2

4、氣體或Na2SO3溶液等·OH清除劑時，甲酸的產(chǎn)量明顯減少，表明甲酸的生成很大程度上是由于·OH的強氧化作用。
　　基于等離子體條件下·OH的產(chǎn)生反應(yīng)過程，實驗以亞甲基藍(MB)為氧化還原指示劑，探究了氣液多相體系中·OH的產(chǎn)生及作用機理。驗證了，在液滴體系中直流電暈放電技術(shù)確可實現(xiàn)·OH的產(chǎn)生，且電致H2O的離解對·OH的產(chǎn)生起主要作用。
　　由此可見，直流電暈等離子體技術(shù)可在常溫常壓下實現(xiàn)甲烷的活化轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物中有乙炔和甲