韩慧[1]2002年在《高气压非平衡等离子体化学合成氨的研究》文中指出结合国家自然科学基金重点项目“高气压下强电场电离气体的方法及其应用的基础研究”和国家基金项目“超强电场放电离解气体分子及应用研究”，选取高绝缘强度和高介电常数的α-Al_2O_3型电介质层在极窄的放电间隙中获得了折合电场强度达300Td，平均电子能量达8eV，电子密度达10~(15)/cm~3的强电场，并进行了高气压非平衡等离子体化学合成氨研究，将非平衡等离子体的反应条件从低气压扩展到高气压(≥0.1MPa)，实现了在活性原子、原子团簇和分子层次上合成新分子、新物质的设想，拓宽了等离子体化学的研究和应用领域，为其在化学工业、环境工程、材料工业上应用提供了理论依据和技术手段。 研究了N_2、H_2分子电离、离解并合成NH_3的等离子体反应过程，建立了高气压下合成NH_3的等离子体反应系统。利用透明电极观察微放电现象，并针对不同气体在不同折合电场强度下的微放电影像加以描述和比较，以探讨介质阻挡放电的形成机制。通过控制折合电场强度、气体温度、流量和H_2/N_2体积比等参数使等离子体中的活性粒子发生定向化学反应，合成氨浓度达12500ppm，等于日本青山大学低气压等离子体合成NH_3浓度的4500倍。
张芝涛[2]2003年在《大气压窄间隙DBD等离子体源与应用基础研究》文中提出一些研究者预言，在科学技术领域，紧跟着“纳米热”的将是“等离子体热”。这里的等离子体主要指低温等离子体，而“热”就热在低温等离子体的工业应用上。介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是一种能够在大气压条件下获得非平衡等离子体的有效手段，能够在等离子体化学工程、材料表面改性、纳米材料制取、环境保护等方面获得广泛应用，近年来已成为低温等离子体学科的研究热点之一。 由于传统的DBD在气体电离方法方面存在许多问题，致使大气压条件下放电空间内气体的电离度很低，无法满足非平衡等离子体化学工程的需要。为了提高放电空间内气体的电离度，解决大气压条件下难以实现大空间强电离放电的难题，本文结合国家自然科学基金资助项目“超强电场放电离解气体分子及应用研究”(项目编号：69871002)，针对影响DBD放电性能的关键因素，提出了利用窄间隙DBD实现大气压条件下强电离放电的方法，并对其放电特性、所用电介质材料性能、诊断方法及应用进行了研究。通过本文的研究，不但弄清了大气压窄间隙DBD等离子体形成与演变机理，而且也解决了大气压窄间隙DBD等离子体源研制与应用过程中存在的许多技术难题。 理论推导与实验结果表明，利用q-v图形法不仅可以测量DBD等离子体的放电功率，而且可以诊断DBD等离子体的其它放电参量。经过改进的高压电桥法能有效地排除放电间隙等效电容的影响，使它成为另一种能够准确、方便测量DBD等离子体放电功率的方法。 采用窄间隙薄电介质层结构代替传统DBD的宽间隙结构；采用高频高压激励电源代替传统的50Hz工频高压激励电源；采用含量高于95％的氧化铝瓷代替普通的硼硅酸盐玻璃，大幅度地提高了放电间隙电场强度与电离区占空比，实现了大气压条件下的强电离放电。其放电间隙等效折合电场强度达到了200×10~(-17)V·cm~2以上，平均电子能量达到了10～16eV，电子密度达到了10×10~(23)／m~3以上，注入功率密度最大可以达到2.5W／cm~2，远高于传统的DBD装置。 对大气压窄间隙DBD等离子体一维形貌演变过程的研究结果显示，电介质层是影响DBD等离子体形貌演变的关键因素。同时也证实在大气压条件下利用以氮气或空气为电离介质的DBD观察到的所谓“辉光放电”并不是真正的辉光放电，而只是貌似辉光的准连续放电，是微放电集体效应的结果。 利用AFM、XPS、AES等方法对Al_2O_3电介质材料性能的研究结果表明，以含量高于95％的氧化铝瓷替代普通的硼硅酸盐玻璃大大地提高了电介质层材料的
邓淑芳[3]2004年在《强电离放电绿色化学研究》文中指出绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿。绿色化学的目标是：化学过程不产生污染，即从源头上消除污染。 在化学过程中要减少有毒有害物质的使用，可以采用多种方法。近年来的研究发现，采用一些特别的非传统化学方法，可获得多种环境效果。等离子体由清洁的高能粒子组成，不会造成环境污染，对生态系统无不良影响，加上等离子体反应速度快，反应完全，使原料的转化率大大提高，有可能实现原子经济反应，因此，副反应很少，可实现零排放，可以做到清洁生产。但传统的等离子体技术受到低气压、电子平均能量低的限制，无法实现工程化。 强电离放电过程，电子获得平均能量达到10eV～20eV，在高气压条件下使反应腔体(放电腔体)气体分子处于高能态，并分解、电离成光子、电子、离子、活性原子、激发态原子、自由基以及具有活性分子碎片等，为其化学反应提供了活性粒子。改变了现在只能在低气压条件下进行非平衡等离子体化学反应的固有概念，使常规难以进行的化学反应得以进行或者加速进行，同时也实现了用电场参数、边界条件等物理参数去控制其化学反应方向、化学反应速率和产物，省去常规化学反应需要酸、碱、加热或降温、加压或减压、光以及催化剂等多种多样控制化学反应的条件。为化学合成新物质、新材料提供了低能耗、微污染、无催化剂、无副产品和无废料的方法，解决了非平衡等离子体化学工程化难题。 此外，本文还对强电离放电绿色化学的应用进行了研究，绿色氧化、绿色氧化技术治理船舶压载水、绿色氧化脱硫、甲烷和氮气合成氨及液体燃料均是其成功应用范例。
王燕[4]2003年在《常压DBD的演变过程及其在合成氨研究中的应用》文中研究说明由介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)产生的等离子体，已经在许多领域获得了广泛应用，逐渐成为低温等离子体的研究热点之一。然而，由于人们对DBD机理的研究多局限于微放电的形成与发展过程上，对反映微放电集体效应的宏观作用规律研究却很少，限制了DBD应用技术的发展。为了解决传统DBD在气体电离方法方面存在的问题，提高常压条件下放电空间内气体的电离度，从而满足非平衡等离子体化学工程的需要，本文结合国家自然科学基金重点资助项目“高气压下强电场电离气体的方法及其应用的基础研究(编号：69871002)”针对常压条件下DBD放电形貌的演变过程、放电特性及应用等方面进行了研究。 通过研究，不但进一步弄清了DBD等离子体的形成与演变机理，而且为优化DBD系统参量提供了必要依据。主要成果如下： 1．宏观上，DBD放电形态大致可分为局部微放电、完全微放电、扩散及完全扩散等几种放电状态，放电状态的确立有助于弄清影响DBD放电形貌和放电空间内气体电离度的关键因素。 2．利用q-v图形法对DBD等效参量进行了诊断：间隙等效电容Cg、介质等效电容Cs、间隙等效电压Vg、折合电场强度En、放电功率密度P等参量随着激励频率和激励电压等条件的变化表现出不同的变化规律，因此，q-v图形法也可作为DBD的一种动态监测手段。 3．实验中发现，双电介质层DBD和单电介质层DBD会形成两种不同的一维放电形貌，对于不同的应用领域应选择不同的DBD结构。这一发现，对于DBD的实际应用具有重大的指导意义。 4．通过对放电形貌和放电特性的研究，获得了优化放电系统参量的许多依据，比如反应器结构应根据其应用方向选取，放电间隙应尽可能窄，气体流量要适中等。在此基础上，本文还进行了常压DBD合成氨应用研究，研究发现：N_2、H_2总流量及体积比、激励电压、放电功率密度等因素对合成氨浓度具有很大的影响，为DBD的无机物合成提供了一种新方法。
张芝涛[5]2003年在《大气压窄间隙DBD等离子体源与应用基础研究》文中研究表明一些研究者预言,在科学技术领域,紧跟着“纳米热”的将是“等离子体热”。这里的等离子体主要指低温等离子体,而“热”就热在低温等离子体的工业应用上。介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBD)是一种能够在大气压条件下获得非平衡等离子体的有效手段,能够在等离子体化学工程、材料表面改性、纳米材料制取、环境保护等方面获得广泛应用,近年来已成为低温等离子体学科的研究热点之一。由于传统的DBD在气体电离方法方面存在许多问题,致使大气压条件下放电空间内气体的电离度很低,无法满足非平衡等离子体化学工程的需要。为了提高放电空间内气体的电离度,解决大气压条件下难以实现大空间强电离放电的难题,本文结合国家自然科学基金资助项目“超强电场放电离解气体分子及应用研究”(项目编号:69871002),针对影响DBD放电性能的关键因素,提出了利用窄间隙DBD实现大气压条件下强电离放电的方法,并对其放电特性、所用电介质材料性能、诊断方法及应用进行了研究。通过本文的研究,不但弄清了大气压窄间隙DBD等离子体形成与演变机理,而且也解决了大气压窄间隙DBD等离子体源研制与应用过程中存在的许多技术难题。理论推导与实验结果表明,利用q-v图形法不仅可以测量DBD等离子体的放电功率,而且可以诊断DBD等离子体的其它放电参量。经过改进的高压电桥法能有效地排除放电间隙等效电容的影响,使它成为另一种能够准确、方便测量DBD等离子体放电功率的方法。采用窄间隙薄电介质层结构代替传统DBD的宽间隙结构;采用高频高压激励电源代替传统的50Hz工频高压激励电源;采用含量高于95%的氧化铝瓷代替普通的硼硅酸盐玻璃,大幅度地提高了放电间隙电场强度与电离区占空比,实现了大气压条件下的强电离放电。其放电间隙等效折合电场强度达到了200×10~(-17)V·cm~2以上,平均电子能量达到了10～16eV,电子密度达到了10×10~(23)/m~3以上,注入功率密度最大可以达到2.5W/cm~2,远高于传统的DBD装置。对大气压窄间隙DBD等离子体一维形貌演变过程的研究结果显示,电介质层是影响DBD等离子体形貌演变的关键因素。同时也证实在大气压条件下利用以氮气或空气为电离介质的DBD观察到的所谓“辉光放电”并不是真正的辉光放电,而只是貌似辉光的准连续放电,是微放电集体效应的结果。利用AFM、XPS、AES等方法对Al_2O_3电介质材料性能的研究结果表明,以含量高于95%的氧化铝瓷替代普通的硼硅酸盐玻璃大大地提高了电介质层材料的
王宁[6]2004年在《常温常压无催化剂CH_4与N_2等离子体合成新物质研究》文中研究指明随着石油资源的日趋短缺，加之环境保护要求日益严格，天然气作为优质、高效、清洁能源，也是石油化学工业宝贵的原料，其开发利用越来越受到重视。本文结合国家自然科学基金重点资助项目“高气压下强电场电离气体的方法及其应用研究”以及当前国际国内甲烷化学的研究热点，在友好的常温常压、无催化剂的条件下，采用介质阻挡强电离放电方式对原料气体CH_4和N_2的等离子体合成进行研究。 强电场电离放电在等离子体发生器中建立折合电场强度大于400Td，电子平均能量大于12eV，电子密度大于10~(15)／cm~3的放电电场。高能电子通过与CH_4和N_2发生非弹性碰撞，将气体激发、电离和离解成N、N_2~+、CH_3、CH_2、CH、H等活性粒子，在等离子体反应腔内进行无任何环境污染的化学反应，再“定向装配”一步合成NH_3气态烃、液体燃料等高附加值的化工产品。通过改变单位面积放电功率、激励电压、放电频率、放电间隙等物理参数和气体的总流量、体积比、温度等工艺参数，考察其对甲烷转化和等离子体合成反应的影响规律。实验过程中用红外线分析仪、气相色谱仪和质谱仪检测合成产物。合成氨的浓度达到8000ppm，液体燃料的收率达20％，甲烷的转化率达90％。从收集到的液体燃料中检测出8种主要物质，分别为高级烯烃、炔烃、杂环化合物和多环有机物。 本实验采用的原料是自然界存在丰富的CH_4和N_2，在常温常压温和的反应条件下，不用任何催化剂，实现绿色合成氨和液体燃料，为天然气化工提供了一种低能耗的新技术，具有非常重要的学术和经济意义。
张冬梅[7]2005年在《绿色友好条件下甲烷二氧化碳等离子体合成研究》文中提出随着世界石油资源的日益短缺,天然气这一高效、清洁、储量可观的能源越来越受到人们的重视。甲烷是天然气的主要成分,资源丰富。二氧化碳是含碳化合物的最终氧化产物,主要来源于化石燃料的燃烧和排放。二者同为温室气体,又是丰富的碳资源。因此CH_4和CO_2化学合成的研究不仅关系到未来资源的配置,对环境保护也同样有重要意义。本文结合国家自然科学基金重点资助项目“高气压下强电场电离气体的方法及其应用研究”关于等离子体合成新物质的研究,在友好的常温常压、无催化剂的条件下,采用强电离放电对原料气体CH_4和CO_2等离子体合成进行研究。 利用强电离放电加速电子及激励气体分子的极端物理方法,在放电间隙内形成折合电场强度大于400Td,电子平均能量大于12eV,电子密度大于10~(15)/cm~3的强电场气体放电,高能电子通过与CH_4和CO_2发生非弹性碰撞,将气体激发、电离和离解成CH_3、CH_2、CH、H、CO、O、OH等活性粒子,这些活性粒子、自由基在等离子体反应单元内组合重排,生成合成气、气态烃、及含氧有机物(醇、酸等)新的物质。通过改变单位面积放电功率、放电频率、放电间隙等物理参数和气体的总流量、体积比、温度等工艺参数,考察其对甲烷二氧化碳等离子体合成反应的影响规律。实验采用气相色谱仪检测合成产物。甲烷的转化率达60%以上,二氧化碳和氮气的加入使甲烷的转化率有明显提高,甲烷与二氧化碳最佳进料比为3/1。甲烷体积为75%时,可得到H_2/CO摩尔比为3的高质量的合成气,收集到的液体产物主要有醇、酸和水等。 实验采用自然界存在丰富的CH_4和CO_2作为原料气,在友好的常温常压反应条件下,不用任何催化剂,吸收剂将甲烷二氧化碳合成为气态烃、合成气和含氧有机物等有价值化工原料,这对开辟新的化工原料来源,减少温室气体排放,实现可持续发展战略具有重要的意义。
王南飞[8]2007年在《常压DBD微流柱特性诊断方法研究》文中指出利用介质阻挡放电方法能够在大气压或高于大气压条件下产生非平衡等离子体。这种非平衡等离子体在环境保护，微电子工业，材料表面改性，辐射光源，纳米材料制备，新能源开发，平板显示器，照相等许多方面有着广泛的应用，逐渐成为等离子体学科的研究热点之一。然而，由于对DBD等离子体开展研究的时间不长，对DBD的诊断手段不够成熟完善，限制了这一技术的发展，因此有必要在相应的基础研究方面加大力度。 本文结合国家重大基础研究前期研究专项“绿色友好条件下等离子体合成液体燃料和氨的基础研究”(项目编号：2004CCA06300)，通过研究DBD微流柱的行为，对DBD反应机理及反应过程参数的变化等做进一步研究，总结出一种新的诊断DBD微流柱的方法并应用于实际，验证了此种诊断方法的有效性，对DBD等离子体的诊断技术做了补充。实验结果表明： 1．可以对单个微流柱脉冲进行采样。采样发现，微流柱脉冲的波形会随外界某些条件的改变而发生变化，这也说明，通过控制外部条件(如电源电压，内电极间距，气氛，放电部分气压，介质层材料及厚度等)来控制这种高气压非平衡等离子体的输出是有可能的。 2．由实验可得出微流柱脉冲的特征参量：电子渡越时间(即脉冲的上升沿)、微放电寿命、输运电荷量、放电重复率、放电的平均电流、放电功率。这些特征参量并不是一个固定值，不同条件下(如气氛，电极间距，介质材料的厚度、材质、介电数，气压，温度，湿度，气体流量，电源频率等)其值会各不相同，但特征参量的值可以代表此时放电系统的状态。 3．将此种方法应用于甲烷转化制含氧化合物实验的放电参数诊断，诊断出反应系统的有效功率，视在电荷量等特征参量，结果能反映出实验系统的工作状态，证明此种诊断方法有效可行。
刘钟阳[9]2002年在《放电等离子体合成臭氧及应用中一些问题的研究》文中研究表明为提高我国的臭氧技术水平，研究探讨臭氧水处理工艺中放电等离子体合成臭氧、臭氧向水中传质等过程中的一些重要问题，主要内容及取得的成果和结论如下： 1．基于放电等离子体反应器和臭氧发生过程的机制分析，提出双极性窄脉冲供电引发介质阻挡放电(DBD)，并利用火花隙开关的窄脉冲高压电源在DBD放电反应器上进行臭氧合成的试验研究，结果表明该放电形式兼有脉冲电晕放电和DBD反应器的优点，对比传统的介质阻挡放电合成臭氧的产率提高幅度30％～40％以上，在产生臭氧浓度比较低(3～4g／m~3)时，产率达到370～380g／kWh。 2．在臭氧发生试验装置上，对臭氧发生性能随原料气、电压、频率等的变化情况进行试验研究，在试验基础上讨论臭氧的浓度、产额和产率之间的关系及变化规律，结合放电等离子体反应器中臭氧的合成与分解过程的理论分析，给出放电等离子体产生臭氧的过程中浓度随放电功率密度变化的经验公式。 3．对放电反应器的动态负载特性进行研究，包括动态电容、伏安特性、放电功率以及功率因数等，并以此为基础给出电源的设计选型、电源和反应器匹配等实际问题的解决办法；选用高漏抗变压器保证电源稳定可靠运行，采用频率和占空比联合调节的办法实现放电功率的有效调控。 4．选择确定中频介质阻挡放电作为研制大产额臭氧发生器的技术方案，并在放电等离子体合成臭氧的试验研究基础上，研制成功300g／h的臭氧发生器试验样机，原料气体为氧气时，样机产生臭氧的浓度为50g／m~3，并达到150g／kWh的臭氧产率。 5．探讨臭氧向水中传质过程及影响因素；提出电场强化臭氧向水中传质的方法，并进行实验室试验研究，结果表明：该方法可以增强臭氧气水混合鼓泡试验装置的传质效果，提高水中的溶解臭氧浓度，具有较好的应用前景。 6．对回用目的的合成氨生产废水进行臭氧氧化的可行性试验研究。
王达望[10]2006年在《新型大气压放电等离子体发生器及其在甲烷偶联方面的应用研究》文中认为随着石油资源的日益枯竭，合理利用天然气不仅关系到未来能源的利用和资源配置，对于保护环境也有重要意义。由于甲烷分子C-H键解离能高及其热力学上的不利反应，在甲烷传统催化偶联研究方面一直未取得很大进展，因此人们对开发新方法的研究越来越多。等离子体对于甲烷偶联来说是一种高效率的绿色工艺，近年来人们利用低温等离子体技术对甲烷的活化与转化进行了大量的研究。 大气压下的辉光放电是具有较高电子能量的非平衡等离子体，且不需要真空系统，非常适合工业化应用。由于辉光放电既可以提供反应活性物种，同时又能使体系保持非平衡状态，因此对甲烷偶联转化是一种非常合适的方法。本论文利用常压辉光放电等离子体，采用新型旋转螺旋状电极等离子体反应器用于CH_4转化制C_2烃，提高了CH_4单程转化率、C_2烃单程收率及选择性，并首次对旋转电极辉光等离子体作用下CH_4-H_2转化反应进行了发射光谱诊断研究。 本文的主要研究内容和结论如下： (1)本文采用新型旋转螺旋状电极等离子体放电反应器用于转化CH_4制C_2烃的反应，实现了常压下空间均匀的辉光放电等离子体，且其反应效率高于旋转多尖端叁排圆盘电极。该反应器的特点是首次采用了旋转的螺旋状电极，反应中不仅能及时切换放电通道，有利于导出热量和控制荷电粒子的密度，从而抑制了热电离不稳定性，减少了积碳，提高了C_2烃的选择性。与旋转多尖端叁排圆盘电极相比，克服了轴向电场不均匀性，扩大了放电空间和反应空间，提高了反应效率。同时，由于螺旋状电极的搅拌作用，增加了反应气体在放电空间中的紊流程度，使电离反应更充分、更均匀，从而也提高了CH_4转化率和C_2烃收率。 (2)工艺实验的研究结果表明：采用金属铜材料好于不锈钢材料，螺旋型结构优于叁排圆盘结构。采用旋转叁排圆盘电极反应器时，最高的CH_4转化率为66.45％，C_2烃单程收率及其选择性分别为63.62％和95.75％。采用旋转螺旋电极反应器最高的CH_4转化率为77.66％，C_2烃单程收率及其选择性分别为76.91％和99.03％。采用螺旋铜电极反应器在能量密度为800 kJ／mol时，能效最高为13.5％。 (3)利用发射光谱原位技术首次对旋转电极辉光等离子体作用下CH_4-H_2转化反应进行了诊断研究，在300 nm～700 nm波长范围内检测到C、CH、C_2、H和C等激发态物种。利用H原子的发射光谱，通过Boltzmann图解法计算得到等离子体的激发温度在6280 K～6629 K之间。由谱线展宽计算了电子密度，其数量级在10~(20)／m~3。依据等离子体作用下CH_4-H_2反应的产物分析和发射光谱检测结果，探讨和推测了常压辉光等离
参考文献：
[1]. 高气压非平衡等离子体化学合成氨的研究[D]. 韩慧. 大连海事大学. 2002
[2]. 大气压窄间隙DBD等离子体源与应用基础研究[D]. 张芝涛. 东北大学. 2003
[3]. 强电离放电绿色化学研究[D]. 邓淑芳. 大连海事大学. 2004
[4]. 常压DBD的演变过程及其在合成氨研究中的应用[D]. 王燕. 大连海事大学. 2003
[5]. 大气压窄间隙DBD等离子体源与应用基础研究[D]. 张芝涛. 大连海事大学. 2003
[6]. 常温常压无催化剂CH_4与N_2等离子体合成新物质研究[D]. 王宁. 大连海事大学. 2004
[7]. 绿色友好条件下甲烷二氧化碳等离子体合成研究[D]. 张冬梅. 大连海事大学. 2005
[8]. 常压DBD微流柱特性诊断方法研究[D]. 王南飞. 大连海事大学. 2007
[9]. 放电等离子体合成臭氧及应用中一些问题的研究[D]. 刘钟阳. 大连理工大学. 2002
[10]. 新型大气压放电等离子体发生器及其在甲烷偶联方面的应用研究[D]. 王达望. 大连理工大学. 2006