低溫等離子體催化氧化甲烷合成甲醇的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著世界性石油資源的日益短缺，開(kāi)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(jī)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(yīng)條件下實(shí)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(qiáng)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(kāi)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(yīng)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(shí)現(xiàn)常溫常壓條件下甲烷直接

2、轉(zhuǎn)化合成甲醇。考察了電源輸入功率、放電頻率、放電間隙、氣體停留時(shí)間、氣體組分對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率及甲醇產(chǎn)率的影響，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)，考察了放電體系添加惰性氣體Ar或N2對(duì)反應(yīng)的影響，研究表明惰性氣體的加入有利于提高放電強(qiáng)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(guò)等離子體發(fā)射光譜原位診斷證實(shí)甲烷選擇性氧化合成甲醇主要通過(guò)自由基反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。
　　 ⑵將催化劑引入等離子體反應(yīng)體系，構(gòu)建后置式及內(nèi)置式等離子體-催化反應(yīng)體系。針對(duì)

3、后置式體系篩選出單組分催化劑Fe2O3/CP，當(dāng)催化溫度僅為150℃時(shí)，甲醇選擇性達(dá)到10.66％，較單純等離子體提高了35.1％。當(dāng)添加助劑CuO構(gòu)成復(fù)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(duì)于內(nèi)置式反應(yīng)體系，放電區(qū)域填充Fe2O3-CuO/γ-Al2O3催化劑既有助于增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，又可造成催化劑表面局部反應(yīng)分子和活性自由基的富集，提高反應(yīng)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(yīng)穩(wěn)定性。通