常压下微波等离子体处理四氟化碳的研究

• 作 者: 解宏端
• 出 处: 大连海事大学
• 发表日期: 2009年01期
• 关键词: 微波等离子体 大气压 四氟化碳 分解

随着现代工业的发展,温室气体排放与日俱增。在众多温室气体中,全氟化碳（PFCs）因其具有低毒、化学性质稳定等特点,被广泛应用于工业生产。PFCs在大气中具有较长的存在年限和强烈的红外吸收能力,PFCs直接排放到大气中将引起强烈的温室效应。微波等离子体处理PFCs气体具有去除率高,没有二次污染等优点,是二十世纪九十年代发展起来的新工艺。本研究设计了一套微波等离子体反应器,在大气压下激发并维持稳定的等离子体。利用发射光谱对常压下（大气压）微波等离子体特性进行了诊断。采用微波等离子体对CF₄这种最难分解的PFCs气体进行分解,考察了载气种类、微波功率、气体流量、初始浓度、添加气体等因素对去除率的影响。对CF₄分解的产物进行了分析。采用自由基诊断实验及热分解实验论证了CF₄在大气压微波等离子体中的分解过程和机理。开发了催化剂与微波等离子体协同分解CF₄的新方法。研究结果表明,大气压微波等离子体具有较高的电子温度和电子密度,其中含有多种活性粒子和自由基。CF₄气体的最高分解率可达99%以上,分解率随微波功率的提高而增加,随气体流速的增加而减小。适量的添加气（如O₂、H₂O）可以提高PFCs的分解效率,但过多的添加气体消耗等离子体中的高能电子,导致去除率下降。当O₂和H₂O在最适宜添加量时,CF₄去除率最高可提高17%和10%左右。在有氧气等添加气存在的条件下,CF₄完全分解时的最终产物主要为CO₂和F₂。CF₄在微波等离子体中分解机理是首先通过高能电子碰撞逐次失去一个F原子生成CF,基团,随后O自由基与CF_i基团发生链式反应生成CO₂和F₂等最终产物,而热分解不是CF₄分解的主要途径。添加催化剂与微波等离子体协同分解CF₄时,去除率可以提高10%左右,紫外线,高温和等离子体自身都可以激发催化剂催化分解CF₄。