空气等离子体中C1分子的气相氧化机理研究

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作为新型的高级氧化技术,等离子体中挥发性有机污染物(Volatile organic compounds)气相氧化已被广泛研究。但目前该领域的研究主要是开展反应工艺优化,考察实验条件对特定反应物脱除率和能耗指标的影响,对等离子体中VOCs气相氧化机理尚不清楚。鉴于此,本文采用介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge)空气等离子体,以简单的C1分子中一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、烷烃(CH4)、醇(CH3OH)和酸(HCOOH)为模型分子,考察不同实验条件(反应温度、相对湿度、初始浓度)对等离子体中C1分子氧化的影响,对比含不同有机官能团的C1分子在等离子体中的氧化过程,为等离子体中VOCs气相氧化机理提供基本实验依据。取得的主要结论如下:实验中发现,不同放电频率(50Hz和2kHz)条件下,DBD空气等离子体中CO和CO2几乎不能相互转化,仅有极少量CO可被氧化为CO2。CO和CO2是其它C1分子气相氧化的主要产物。C1分子中CH4的氧化最难,HCOOH的氧化最易。干气室温条件下,C1分子浓度350 ppm,流量250 ml/min,放电功率为0.83 W时,CH4、CH3OH和HCOOH的转化率分别为1.86%、37.5%和67.7%。显然,DBD空气等离子体中有机物官能团的活化难易顺序应是CH>COH>COOH。放电功率、湿度和反应温度参数影响因素考察结果表明,CH4的转化只和放电功率有关,而不受反应温度和湿度影响。CH3OH和HCOOH的转化率受到放电功率、反应温度和湿度的促进。对比50Hz和2 k Hz放电条件中,反应温度对CH3OH和HCOOH的DBD气相氧化影响,可知低频放电中反应温度对HCOOH氧化的影响显著高于CH3OH。高频率放电中反应温度对CH3OH氧化的影响强于对HCOOH氧化的影响。在考察的实验条件内,CH3OH的DBD气相氧化产物主要是CO,而HCOOH气相氧化的主要产物是CO2。不同于CH3OH和HCOOH,CH4气相氧化的主要产物随温度变化而从CO2过渡为CO。另外,在C1分子的气相氧化过程中,湿度对产物中CO选择性具有抑制作用,可引发CO转化为CO2。
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