常压介质阻挡放电等离子体协同催化合成氨应用基础研究

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1、DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster⑧AMMONIASYNTHESISUSINGATMOSPHERICDBDPLASMACOUPLEDWITHCATALYSISSubmittedbyShaoyuanZhugeSupervisedbyAssociateProf．YongNieMajorinChemicalEngineeringCollegeofChemicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyMar,2015浙江工业大学学位论文

2、原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：满葛忽悯日期：2·侈年e月弓日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容

3、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密讯(请在以上相应方框内打“、7”)作者签名：孀为翅清1导师虢骗1日期：弘匹年日期：己哆6月弓日6月飞日f浙江工业大学硕士学位论文常压介质阻挡放电等离子体协同催化合成氨应用基础研究摘要合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，在国民经济中占有重要地位。氨除了用于氮肥和化工产品外，还在能源领域有着非常重要的应用，2009年9月在美国堪萨斯州举行的氨燃料会议上指出“液氨将是未来重要的可持续能源之一”。工业上合成氨常采用Haber-Bosch法，需在高温

4、、高压和催化剂的共同作用下进行，反应条件苛刻，尤其需在高压条件下进行，能耗巨大。因而，如何降低合成氨操作压力一直是该领域学者的研究热点和目标。放电等离子体作为一种直接向反应体系施加能量的电工电能新技术，可在常压或负压条件将反应气体分子电离、分解，产生N、H、NHx等高活性自由基并合成氨，与催化剂耦合，可进一步提高合成氨反应速率和转化率。放电等离子体合成氨技术可在温和条件下实现氨的合成，彻底改变了传统意义上氨合成“游戏规则”，避免了原料气在压缩过程所产生的高能耗。填充式介质阻挡放电(DBD)反应器被认为是一种新型的、能强化反应器内电场、有利于反应气体均匀分布的等离子体反应器，填充式D

5、BD反应器在合成氨反应的应用尚未见报道。本文拟采用该新型等离子体反应器在常压下开展合成氨研究工作，包括填充催化剂筛选、工艺参数优化和等离子体催化合成氨机理研究，主要内容及取得的成果和结论如下：(1)以Ru(NO)(N03)3为前驱体，选取A1203、MgO(包括轻质氧化镁L．MgO和重质氧化镁H．MgO)为载体制备钌基合成氨催化剂，在DBD反应器中对催化剂(舢203，L．MgO，H-MgO，Ru／A1203，Ru／L．MgO)进行活性评价，并对催化剂放电前后结构性能进行表征。结果表明：催化剂活性顺序为：Ru／L．MgO>Ru／A1203>L-MgO>A1203>H．MgO。由SEM

6、．EDS、比表面积及孔结构表征可知，等离子体放电环境对比表面积较大、孑L径较小和孑L道密集的载体舢203结构性能影响不大，但对结构比较疏松、孔径较大且比表面积较小的载体L．MgO会造成其负载的Ru发生部分团聚现象；(2)在DBD反应器中，以不同催化剂为填充介质，引入一定比例的N2和H2为原料气，进行了合成氨工艺参数的优化研究(一步法合成氨)，工艺参数包括N2／H2体积比、气体总流量、放电功率、放电温度。结果表明：在不同填充介质下最佳N2／H2体积比均为2：1；增加气体总流量，可减少催化剂外扩散影响，提高氨质量产率；氨质量产率随放电功率增大而增加；氨质量产率随放电温度增高而显著增加，

7、当放电温度小于300℃时，吸附在具有较多酸性基团的舢203和Ru／M203催化剂上的NH3会经过反复放电分解，降低氨质量产率；(3)为探究等离子体催化合成氨机理，将DBD反应器中合成氨过程分解为N2放电、H2放电和NH3脱附三个过程(三步法合成氨)，考察了催化剂上等离子体活化态N(a)在不同催化剂和工艺参数条件的加氢特性。结果表明：提高N2放电功率，有利于在砧203上形成更多活化态N(a)，当放电功率超过26W时，A1203上活化态N(a)达到饱和，在灿203表面产生