等离子体法分解CO2的反应动力学研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fenghuazz
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化石能源的广泛使用加速了人类的发展,但与此同时,大量CO2温室气体的排放导致了一系列的环境问题。因此减少CO2排放量、开发新能源成为目前人们广泛关注的主要内容。将CO2转化为CO成为解决上述两个问题的理想方法。但是CO2分子的C=O键能以及解离能较高,以致CO2分子在室温下十分稳定。等离子体中富集大量活性粒子,尤其是其中的激发态粒子能够降低反应阈值能,促进CO2的分解,是一种非常有前景的CO2转化新方法。目前,关于等离子体转化CO2的研究大多基于实验方法,但对微观层次上CO2分解反应过程的研究较少,因此,有必要利用模拟计算的方法对CO2分解的微观特性和机理进行研究。  本研究利用COMSOL软件通过建立零维CO2分解反应动力学模型,对CO2分解反应过程进行研究。通过构建零维CO2分解反应动力学模型,对热统平衡条件下,CO2分解反应过程中CO2的等离子体组分及转化率进行研究。模拟结果发现:在相同电子密度和电子温度下,随着气体温度的升高,转化率先逐渐降低然后逐渐升高;在相同电子温度和气体温度下,随着电子密度的升高,CO2转化率逐渐升高;在相同气体温度和电子密度条件下,随着电子温度的升高,CO2转化率逐渐升高。建立零维CO2分解反应动力学模型,模型中包含CO2的振动激发态粒子、带电粒子及其相关反应,对大气压滑动弧等离子体中CO2分解过程进行研究,得到了与实验结果相吻合的模拟计算结果。动力学模拟结果发现:虽然振动激发态CO2分子能够促进CO2分解过程,但是大多数的振动激发态CO2分子退激发为基态CO2分子,并未完全用于CO2分解反应;在等离子体区域主要以电子碰撞反应为主,其中,对CO2转化起主要贡献的电子碰撞反应为e+CO2→e+CO+O和e+CO2#→e+CO+O,占总反应贡献的99.98%,其中83.88%来自于基态CO2参与的反应,16.12%来自于振动激发态CO2参与的反应。
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