板式介质阻挡放电氢氧合成过氧化氢的研究

摘要

过氧化氢（H2O2）是一种多用途的环境友好氧化剂。氢氧等离子直接合成H2O2技术，以其工艺简单、产物纯度及浓度高等特点，成为极具潜力的H2O2合成新方法之一。本文在前期工作的基础上，研制了自冷却平板式双介质阻挡放电（DDBD）等离子体反应器。并在常温常压下，利用此反应器开展了氢氧直接合成H2O2的研究，取得如下主要结果： 1、阻挡介质、介质厚度、气隙间距、电极材质、冷却水温度及放电频率等对H2O2合成有显著影响。采用适当厚度的石英介质、窄气隙间距的铜电极反应器既有利于合成H2O2能量效率的提高，也有利于O2转化率及H2O2收率的提高。适当降低冷却水温度，增加放电频率也可提高合成过程中的氧转化率、H2O2收率及合成H2O2能量效率。在厚度2.0 mm石英介质、气隙间距2.0 mm及紫铜做为放电电极，冷却水温度5℃，放电频率13 kHz，氧气浓度2.5 vol％，氢氧总气速118 ml/min，注入功率为11.8 W的条件下进行介质阻挡放电可得到，氧转化率69.1％、H2O2选择性60.1％、H2O2收率41.5％及合成H2O2能量效率为9 g/kWh的较好结果。 2、利用并联连接的多个平板式双介质阻挡放电反应器，在常温常压下研究了氢氧等离子体放大合成H2O2过程的反应特性及能量效率。发现反应器数量的变化对氢氧等离子体的放电模式没有显著影响，H2O2选择性与单个反应器的相同。注入功率从13.5 W增至38.6 W时，原料气停留时间为2s、放电频率为13 kHz时，放大反应装置的H2O2产量可由3.4 mmol/h增至8.8 mmol/h，合成H2O2能量效率最高可达9.5 g/kWh。原料气停留时间与单个反应器相同时，多个反应器并联的方式可获得比单个反应器反应更高的H2O2产量和合成H2O2能量效率。

目录

文摘

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引言

1 文献综述

1.1过氧化氢性质、用途、生产工艺现状及技术发展动态

1.1.1 H2O2的物化性质及用途

1.1.2 H2O2的生产工艺现状

1.1.3 H2O2合成新技术的研究现状

1.2 非平衡等离子体技术和应用前景

1.2.1等离子体的特征及其分类

1.2.2非平衡等离子体中的化学反应过程

1.2.3 DBD等离子体特征及其在化学领域中的应用

1.3选题依据及研究内容

1.3.1 选题依据

1.3.2研究内容

2实验装置与方法

2.1 等离子体法直接合成H2O2的实验流程

2.2多个平板式DBD反应器放大合成H2O2的装置

2.3反应器负载参数测量装置

2.4本文设计的自冷却平板式双介质阻挡放电(DDBD)反应器

2.5 H2O2生成量的检测：碘量法

2.6等离子体法直接合成H2O2反应的评价参数

2.7仪器设备

3反应器结构形式对平板式DDBD等离子法直接合成H2O2的影响

3.1介质种类对合成H2O2反应的影响

3.2介质厚度对合成H2O2反应的影响

3.3气隙间距对合成H2O2反应的影响

3.4 电极材质对合成H2O2反应的影响

3.5 小结

4操作条件对平板式DDBD等离子法直接合成H2O2的影响

4.1 氧气浓度对合成H2O2反应的影响

4.2气体流速对合成H2O2反应的影响

4.3 添加氮气对合成H2O2反应的影响

4.4冷却水温度对合成H2O2反应的影响

4.5放电频率对合成H2O2反应的影响

4.6 小结

5 多个平板式DDBD等离子体反应器并联合成H2O2的研究

5.1 实验室放大合成H2O2方式的选择

5.2 放大过程中的氢氧等离子体反应特征

5.3 小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢