氢氧等离子体合成H2O2反应器和反应条件优化

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengxiubin
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过氧化氢(H202)是一种重要的绿色氧化剂,广泛应用于化学品合成、纺织品漂白、环境保护、航天及军工等领域。H2/02等离子体法能够直接合成高纯度高浓度H202,是一种极具吸引力的H202合成新途径。本文详细研究了等离子体反应器结构和反应条件对H2/02等离子体合成H202反应结果的影响:1、考察了反应器结构如高压电极外径、高压电极介质厚度、放电区长度、高压电极材料和接地电极液体导电率对H2/02等离子体合成H202的影响,包括02转化率、H202选择性和H202收率,并研究了其影响反应结果的原因。优选出最佳高压电极外径、高压电极介质厚度和放电区长度为4.0 mm、1.0mm和250mm,最佳高压电极材料为Ni粉,最佳接地电极液体电导率为1200μs/cm。通过分析得出最佳放电电流值为30 mA。2、考察了冷却循环水温度和原料停留时间对02转化率、H202选择性和H202收率的影响。并利用发射光谱仪和示波器对不同条件下H2/02等离子体进行诊断。得出最佳的冷却循环水温度为24℃,最佳的原料停留时间为1~2 s。通过发射光谱和示波器诊断结果得出冷却循环水主要通过改变H2/02等离子体中的活性物种来影响反应结果,原料停留时间主要通过改变电子密度和平均电子能量来影响反应结果。3、研究了添加气态氧化物分子(H2O、CO和C02)对H2/02等离子体合成H202有显著的影响。得出CO和C02的促进作用较弱,H20分子对促进合成H202的效果明显。在18 ml/min H2O添加量时,在放电频率12.8 kHz、放电功率40 W、H2气速210ml/min、O2气速9.3 ml/min、循环水温度4℃及放电时间60 mm条件下,与不添加H20分子相比,02转化率由43.5%提高到83.7%,H202选择性维持在73.5%,H202收率由32.0%提高到61.6%。通过发射光谱、示波器及文献研究得出H20分子的加入既能增大电子密度,促进H2和02的转化,同时也能加速一些自由基反应,从而提高H202的收率。
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