低温等离子体技术在碳材料表面改性中的应用

叙述了低温等离子体技术的基本原理,其次分别介绍了该技术在表面改性碳纳米管、石墨材料、氧化石墨烯以及新型多孔碳材料中的应用,列举了国内外该领域的部分研究成果,讨论了低温等离子体表面改性碳材料面临的挑战并对其未来发展进行了展望。

γ-Al_(2)O_(3)负载的Ni、Fe、Cu对介质阻挡放电等离子体转化CO_(2)/CH_(4)的影响

二氧化碳和甲烷是大气中主要的温室气体,两者的高效资源化利用有助于实现双碳目标。等离子体催化CH_(4)/CO_(2)气液两相均有产物,但存在产物组成复杂、选择性低的问题。等离子体与催化剂结合可以有效提高目标产物选择性,本文采用微燃烧法将活性金属负载在载体γ-Al_(2)O_(3)上,与等离子体结合催化转化CH_(4)/CO_(2)。负载金属后催化剂氧空位比例的改变增强催化剂表面碱性,进而提高CO_(2)转化率。负载金属后弱酸比例增加,有利于合成液相产物,其中Lewis酸有利于合成醇类产物,而Brønsted酸促进了乙酸合成。金属催化剂装填增强了介质阻挡放电功率,转移更多电荷,提升了反应能量效率。通过催化剂结构对产物选择性的影响规律研究,有利于针对等离子体催化进行催化剂的理性设计。

微波PECVD技术制备高阻隔PET复合薄膜研究

文章通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底表面沉积一定厚度的高阻隔薄膜,改善PET材料阻隔性能。采用微波等离子体化学气相沉积(PECVD)技术在PET基底上沉积氧化硅(SiO_(x))和类金刚石(DLC)阻隔薄膜,研究不同单体比例制备的薄膜结构、微观形貌和阻隔性能有何异同。结果表明单体比例的不同,显著影响SiO_(x)和DLC薄膜的结构、微观形貌和阻隔性能。一定工艺条件下,SiO_(x)和DLC薄膜均能充分发挥各自的阻隔作用,降低PET材料的氧气(O_(2))透过率。采用乙炔(C_(2)H_(2))和氩气(Ar)混合气体制备DLC薄膜,少量Ar有利于反应单体离解,同时对薄膜表面刻蚀作用较弱,薄膜沉积速度快,表面颗粒致密,可有效阻挡气体渗透,制得的DLC/PET复合膜的氧气透过率可低至0.58 mL·m^(-2)·d,远低于未表面涂布改性PET薄膜的130 mL·m^(-2)·d。以六甲基二硅氧烷(HMDSO)和氧气(O_(2))为反应单体制备SiO_(x)薄膜,O_(2)比例较高时,薄膜中的硅(Si)、氧(O)元素的键合趋于网状结构和笼状结构,增加了气体的扩散难度,所制备的SiO_(x)/PET复合膜氧气透过率可低至3.69 mL·m^(-2)·d。研究提出的利用微波PECVD技术在PET基底上沉积阻隔性SiO_(x)或DLC阻隔薄膜,可为高阻隔PET复合薄膜的生产工艺提供有益的参考。

DBD氧化NO过程氧化效率和反应器放电特性研究

采用双介质同轴介质阻挡放电反应器,系统地研究了低温等离子体氧化NO工艺反应物浓度(O_(2)和NO)、工艺参数(放电功率和气体流速)、关键放电指标(平均电子能量、平均电子密度和特定能量密度)和烟气组分(H_(2)O和SO_(2))对反应性能的影响,确定了最佳的反应物浓度组合(0.02%的NO和6%的O_(2))。结果表明,输入功率为40 W和气体流速为1.5 L/min时具有更好的氧化效率,最优的氧化效率可以达到68%。输入功率和气体流速的改变对能量密度(SED)具有较大的影响。较高的能量密度会导致逆反应的发生,较低的能量密度会导致关键的NO氧化反应不易发生,最佳的能量密度范围介于480~610 J/L之间。以上两种工艺参数对平均电子能量(E_(e))和平均电子密度(n_(e))几乎没有任何影响。H_(2)O的加入可以促进NO氧化,氧化效率的提升幅度可以达到6%,而SO_(2)的加入则会抑制NO的氧化。该项工作可以为DBD氧化NO工艺的设计和优化提供最基础的参考。

滑动弧放电等离子体重整甲烷关键技术分析

滑动弧放电等离子体技术在甲烷重整制取氢气或合成气方面的应用很广泛且显示了良好前景。为此,主要就滑动弧的结构和特性及其在该方面的研究进展进行了总结分析。结果表明：在滑动弧用于天然气或沼气重整技术中,甲烷转化率约为3%~52.6%,而氧气或水的加入可以在一定程度上优化反应效果,此外,在催化剂的协同作用下,CH4转化率可升至100%,H2选择性也达93%;在甲烷部分氧化重整和甲烷裂解制氢方面,旋转滑动弧的重整效果明显优于传统刀片式滑动弧,在处理能力得到明显提升的同时,CH4转化率和H2选择性均明显升高,分别可达91.8%和100%,同时,制氢电耗维持在较低水平;滑动弧进行甲烷水蒸气重整的研究较少,尽管CH4转化率不高,但其制氢电耗可低至1.08 k J/L。

辉光放电等离子体处理阳离子染料结晶紫废水

用辉光放电等离子体技术对结晶紫进行了降解脱色处理,考察了多种因素对结晶紫降解效果的影响。实验发现,提高电解质浓度和增加电压均可提高结晶紫的脱色效果,考虑到电极损耗,辉光放电最佳条件为:电解质浓度为2 g/L Na2SO4,电压为600 V。当改变溶液的初始pH值时,结晶紫的脱色率随溶液的初始pH值升高而增加,加入一定量H2O2能明显地提高结晶紫的脱色效率;若加入0.4 mmol/L Fe2+,5 min时结晶紫的脱色率由原来的13.64%增加到91.36%。结果表明,辉光放电产生的.OH对结晶紫的降解起重要作用。最佳条件下,40 min内的脱色率达到93%,降解率为74%。

等离子体法制氢的研究进展

本文讨论了利用等离子体从各种含氢原料中制氢所表现出的特异性能。当使用天然气为原料大规模制氢时 ,等离子体法的高能量密度可以极大地减少催化剂的使用和缩小生产空间 ;当用其他碳氢化合物为原料制氢时 ,等离子体法可以提高系统的灵活性、多变性 ,尤其在车载制氢上。等离子体发生源的多样性和等离子体转换器宽裕的设计空间可为降低能耗提供坚实的发展基础。

无声放电和电晕放电转化温室气体比较研究

在无声放电和电晕放电条件下 ,研究了温室气体甲烷和二氧化碳的转化特性 .实验结果表明 ,甲烷和二氧化碳在不同放电形式下反应得到不同的产物 .甲烷、二氧化碳电晕放电反应的主要产物是合成气 ,无声放电反应的产物包括合成气、烃、含氧化物和高聚物等 ,类似于Fischer- Tropsch合成的产物 ,但分布不符合 Schulz- Flory方程 .在实验条件下 ,电晕放电反应体系的能量产率是 2 .2 6 mol/ (k W· h) ,无声放电反应体系的为 0 .34 mol/ (k W· h) .输入功率对等离子体反应影响较显著 ,甲烷和二氧化碳转化率随体系输入功率的提高而很快增加 .将 13X分子筛催化剂引入无声放电反应 ,提高了烃类产物选择性 ,抑制了炭黑和高聚物的生成 ,但甲烷和二氧化碳转化率分别由 6 4.3%和 5 5 .4%降低至 5 1.6 %和 41.7% ,合成气的H2 / CO比由 1.7降至 1.

甲烷在氢气助解下的脱氢偶联研究

运用微波等离子体技术 ,研究了甲烷在氢气助解下的等离子体化学反应。在该偶联反应中 ,氢气是一种气体催化剂 ,它的加入有助于甲烷的脱氢偶联转化制备C2 烃。在相同的条件下 ,甲烷的转化率和乙炔的选择性都随着微波输入功率的增加而增大 ,乙烷的选择性则降低。在最佳条件下 ,甲烷的转化率达到 77.5 % ,乙炔的选择性达到 74.1%。对等离子体中的电子密度和电子能量进行了诊断 ,根据实验结果 。

等离子体技术制备Ni/α-Al_2O_3催化剂

采用射频辉光放电等离子体技术制备了用于天然气部分氧化制合成气反应的α Al2 O3担载金属Ni催化剂。考察了该催化剂的反应活性、稳定性 ,并与常规方法制备的催化剂进行了比较。结果表明 ,采用等离子体技术制备的催化剂 ,具有操作简便、工艺流程短、催化剂变化过程直观易控、催化剂活性高、稳定性好等优点 ,在 850℃反应时可获得 98 2 %天然气转化率 ,97 3%H2 选择性和 96 5%CO选择性 ,并且反应 1 5h后催化剂活性几乎未下降。XRD和TPR实验结果表明 ,采用等离子体技术制备的催化剂的晶相组成和还原性能与常规催化剂有很大差别。

电晕放电自由基簇射同时脱硫脱硝反应特性研究

对电晕放电自由基簇射技术同时脱硫脱硝过程进行了详细的实验研究和分析,揭示了反应特性,探讨了反应机理。研究结果表明:SO2的脱除主要依靠和氨气的热化学反应,但自由基反应对其脱除也有一定的促进作用。而NOx脱除主要依靠电晕放电过程,NH、NH2、OH的自由基反应以及亚硫酸盐对NO2的还原反应起了重要的作用。氨气注入的增加能够促进SO2和NOx的脱除,而NOx对氨气的敏感性要明显低于SO2。随着能量注入的增加,SO2和NOx脱除的能量利用率先显著下降,在能量密度大于3W?h?m?3之后趋于稳定。

粒径对煤在H_2/Ar等离子体中热解的影响

对粒径在H2 Ar等离子体煤热解制乙炔中的影响进行了研究 ,得到了煤的粒径与煤的裂解程度 (转化率 )、乙炔收率、乙炔在产品气体中摩尔分数和反应器壁结焦的关系 ,并且在考虑各种因素的制约下 ,对如何选择最佳粒径和粒径分布的问题进行了讨论。根据煤等离子体热解制乙炔反应器壁结焦的机理和煤粒径是影响反应器内结焦的重要因素 ,提出了进料粒径双峰分布缓解煤等离子体热解制乙炔装置结焦的新方法 ,实验证明该方法可行。

接触辉光放电等离子体引发合成淀粉接枝丙烯酸超强吸水树脂

采用接触辉光放电等离子体代替常规化学引发剂引发聚合反应成功地合成了淀粉接枝丙烯酸超强吸水树脂,用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)测试技术对该吸水性树脂进行了结构表征和性能测试。采用正交设计方法研究了影响接枝反应的5个因素,考察了放电时间和放电功率对接触辉光放电强度的影响。结果表明,控制放电功率为12.8 W,放电时间为12 m in,在单体和淀粉质量比为2∶1,交联剂占淀粉和单体总量的质量分数为0.6%,后聚合温度70℃,后聚合时间3 h以及中和度为85%时,所合成的吸水树脂接枝率为47%,对蒸馏水的吸液率为765 g/g,对0.9%氯化钠溶液的吸液率为81 g/g。

用水杨酸为捕获剂测定辉光放电等离子体中产生的羟基自由基

在体系pH为3.2的条件下,考察了放电电压和溶液电导率对辉光放电等离子体中产生的羟基自由基(.OH)浓度的影响.以水杨酸为.OH捕获剂,用高效液相色谱法检测水杨酸与.OH反应的生成物2,5-二羟基苯甲酸(2,5-dHBA)和2,3-二羟基苯甲酸(2,3-dHBA),间接验证了辉光放电等离子体中羟基自由基的存在,半定量地计算了辉光放电电解过程中.OH的产量与实验条件之间的关系.结果表明,放电60 min时羟基自由基的浓度为6.3179×10-5mol/L.

热等离子体裂解天然气的研究进展

介绍等离子体的一些基本概念和热等离子体裂解天然气的原理。并阐述了热等离子体用于制备乙炔及制备纯炭 和氢气的过程和特点以及国内外的研发现状。

等离子体裂解天然气制乙炔的技术和经济分析

介绍了等离子体裂解天然气制乙炔的生产原理和工艺特点 ,并与电石乙炔法 ,天然气部分氧化法和电弧裂解制乙炔法进行了比较。技术经济分析表明 ,等离子体裂解天然气法制乙炔具有投资小 ,生产成本低 ,无环境污染 ,安全可靠等优点 。

强电离放电模拟烟气脱硫

采用强电场电离气体放电电离O2、H2O分子,在分子层次加工成强氧化自由基OH·,直接将模拟烟 气中的SO2氧化成雾状H2SO4液滴,在电收雾器中回收,脱硫过程不用催化剂、不加吸收剂。实验表明,在 120℃时,SO2脱除率可达84.0%,随着H2O、O2浓度、反应时间和放电电场强度的增加,以及SO2浓度、气量的 降低,SO2脱除率均有明显提高,反应时间仅为0.8s。

纳秒脉冲空气辉光放电等离子体及应用

采用基于半导体断路开关的纳秒脉冲高压电源,在两个金属电极之间产生放电区间为1 600mm×100 mm×25 mm的常压辉光空气等离子体。等离子体发生器采用负高压针电极阵列与平板阳极结构,针电极的直径为1 mm,长度为20 mm,针电极之间的间隔为20 mm,针电极与平板零电位之间的距离为25mm,在每个负高压针电极末端周围同时形成圆锥形辉光放电,在平板地电极则形成大面积辉光放电。采用电压探针测量了该新型等离子体的放电特性,结果表明:放电脉冲的上升时间为26 ns,最高脉冲输出峰值电压为27 kV;利用该辉光等离子体对幅宽为1 000 mm聚四氟乙烯薄膜进行了表面改性处理,处理后其表面接触角由原来的124°降到69°,亲水性能大为提高。

等离子体表面改性在高聚物中的应用进展

阐述了等离子体表面改性技术的作用原理,总结了等离子体对高聚物表面作用的多种理论。清除表面杂质、表面刻蚀、表面交联和形成具有新化学结构的表面是4种主要作用形式。等离子体技术正以其优越性在高聚物材料表面改性方面得到越来越广泛的应用。

介质阻挡放电等离子体对茜素红溶液的降解

利用介质阻挡放电等离子体法对染料茜素红溶液进行降解。考察了放电间距、输入电压及溶液pH值对茜素红降解效果的影响,并通过测定放电过程溶液中活性粒子O3的浓度,探讨了促使茜素红降解的主要因素。结果表明,高压电极与液面间距为8mm、输入电压为8kV时,降解效果较好。其中弱碱性环境下(pH=8.4)降解效果最好,40min后茜素红浓度降为0.26mg·L-1;在弱酸性环境(pH=5.8)中处理45min后,茜素红浓度为1.61mg·L-1;而在中性环境(pH=7.0)中降解效果较差,处理45min后茜素红残留浓度为5.70mg.L-1。溶液中的O3是推动氧化反应进行的主要因素。