脉冲电晕结合光催化进行甲烷和四氯化碳反应实验研究

作     者：吕云飞 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄立维

授予年度：2015年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：脉冲电晕 甲烷 四氯化碳 光催化 二氧化钛 

摘      要：甲烷是天然气中的主要成分,对甲烷的转化和开发利用在天然气化工中占有着非常重要的地位,对于自然环境中低浓度甲烷的开发利用也有着重要意义。传统的生产氯甲烷工艺过程中,不可避免地有5%0%的副产物四氯化碳(CTC)生成,四氯化碳作为ODS已经被要求全面淘汰。以保护环境为目的并为甲烷和四氯化碳提供新的转化技术具有重要的研究意义。实验利用线-筒式、线-板式反应器对甲烷和四氯化碳反应进行了实验研究。实验考察了峰值电压、脉冲频率、停留时间等不同参数条件对甲烷和四氯化碳反应的影响。实验结果表明:实验发现甲烷和四氯化碳反应的主要产物为一氯甲烷、二氯甲烷和三氯甲烷(统称甲烷氯化物,CMS),这些甲烷氯化物主要来源于甲烷的氯化;随着输入能量的增大,一氯甲烷产量减少,而相应的二氯甲烷和三氯甲烷的产量增加;在甲烷浓度为10%,甲烷和四氯化碳的摩尔比为20:1时,过量存在的甲烷所产生的CH?会影响反应产物分布和产量,反应产物中以CHCl为主;研究比较了线-筒式反应器、线-板式反应器,停留时间增加可增大甲烷、四氯化碳和高能电子发生非弹性碰撞的几率,有助于化学键的断裂并形成自由基;当甲烷和四氯化碳摩尔比为20:1,不同浓度下甲烷和四氯化碳反应可得到明显不同的产物分布。体系中不同浓度甲烷电离产生的CH?和四氯化碳电离产生的CCl?、Cl?使得氯代烃类产物分布有明显变化,氯代烃类中CHCl的摩尔百分比明显增大;氩气中甲烷和四氯化碳反应转化率高于氮气中的反应转化率,且CMS总产量明显高于氮气条件;等离子体结合TiO光催化作用下甲烷和四氯化碳反应在紫外光作用下,甲烷吸附量增多可生成高活性的C-H键吸附态,而C-H键的断裂在光催化和脉冲电晕等离子体的共同作用下形成活性中间态-CH,这使得更多的CH?能参与到反应中可使甲烷和四氯化碳的烃类产物分布发生变化。