非熱等離子體促進甲烷活化轉(zhuǎn)化的研究.pdf

1、隨著全球變暖與能源問題日益嚴峻,開發(fā)利用以天然氣(甲烷)為清潔能源及以其為原料制取高價值的化學(xué)品的課題已成為國內(nèi)外研究的熱點之一。冷等離子體作為一種十分有效的分子活化手段,其在甲烷活化轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用近年來受到了越來越多的重視。本論文利用介質(zhì)阻擋放電等離子體,開展了高效甲烷轉(zhuǎn)化催化劑的等離子體制備與改性以及在等離子體存在條件下的甲烷直接轉(zhuǎn)化的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
　　 本論文首先對大氣壓下介質(zhì)阻擋放電等離子體放電特性進行初步考察。采用發(fā)射

2、光譜原位測量了Ar、CH4和O2在介質(zhì)阻擋放電等離子體中的活性粒子及其光學(xué)發(fā)射特征,證實了CH、Hα、Hβ、Hγ和O等粒子的存在。同時測量了Ar等離子體放電關(guān)鍵參數(shù)——電子激發(fā)溫度和電子密度,考察了輸入電壓、氣體流量等因素對激發(fā)溫度的影響,表明大氣壓下介質(zhì)阻擋放電激發(fā)轉(zhuǎn)移過程是其重要的微觀過程。
　　 使用介質(zhì)阻擋放電等離子體處理制備的鎳基催化劑在甲烷二氧化碳重整反應(yīng)中顯示出高于常規(guī)催化劑的活性。在650℃時,Ni/3％La2O

3、3/γ-Al2O3-P催化劑的甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率分別為90.1%和91.3%,而在常規(guī)催化劑上它們分別為80.3%和81.2%。在相同的甲烷轉(zhuǎn)化率時,等離子體制備的催化劑反應(yīng)溫度要比常規(guī)催化劑低30～80℃。對催化劑的表征發(fā)現(xiàn)等離子體處理的樣品中,鎳顆粒的平均粒徑較小,具有更好的高溫抗團聚性能,表層鎳顆粒經(jīng)等離子體處理后向表面富集。較高的分散度和鎳在表面富集的特性提高了催化劑的活性。助劑的摻雜和等離子處理均對催化劑抗積碳性能有促進作

4、用。
　　 將摻雜稀土元素的銅基催化劑經(jīng)氧氣等離子體處理后應(yīng)用于低濃度甲烷催化燃燒反應(yīng),結(jié)果表明,其低溫活性比常規(guī)制備催化劑得到提高,反應(yīng)溫度至少降低25～35℃以上。初步研究表明等離子體提高了催化劑的分散性以及稀土元素的摻雜提高了表面氧的可移動性,使高溫條件下催化劑的活性和穩(wěn)定性得到增強。
　　 本論文還探索了等離子體-催化體系下甲烷部分氧化轉(zhuǎn)化為甲醇的過程。以介質(zhì)阻擋放電耦合Mo/CuO/γ-Al2O3催化劑。實驗結(jié)