crf等离子体设备效用下二氧化碳添加量对ch4转化反应的影响:
在氧气等离子体甲烷氧化偶联反应中,氧气的加入量会直接影响到ch4转化率和c2烃选择性,较低的氧气加入量使ch4转化率低,过高的氧气加入量将导致ch4氧化为cox(x=1,2)。对于crf等离子体设备效用下的二氧化碳氧化ch转化反应而言,也存在着合适的二氧化碳添加量。二氧化碳添加量对ch4、二氧化碳转化率和产物收率的影响结果可见:当原料气中二氧化碳浓度由15%增至85%时,ch4转化率随之逐渐增加,二氧化碳转化率则呈峰形变化,在二氧化碳浓度为50%~65%达到高为24%左右。
研究表明:crf等离子体设备效用下二氧化碳氧化ch4反应的关键步骤是活性物种的产生,即由crf等离子体设备产生的高能电子通过与ch4及二氧化碳,分子发生弹性或非弹性碰撞,使ch发生c-h的逐次断裂,生成chx(x=1~3)自由基;二氧化碳发生c-0键断裂,生成活性氧物种,活性氧物种与ch4或甲基自由基效用,生成更多的chx(x=1~3)自由基。原料气中二氧化碳浓度越高,所提供的活性氧物种数量越多,ch转化率越高。因此ch转化率与体系内高能电子数量和活性氧物种浓度两个因素有关。二氧化碳转化率与高能电子与二氧化碳分子之间碰撞有关,这种弹性或非弹性碰撞促使:
(1)二氧化碳的c-o断裂生成co和o:
二氧化碳+e*→二氧化碳+o+e
ch4对氧活性物种的消耗有利于反应向右移动。
(2)基态二氧化碳分子吸收能量转变为激发态二氧化碳分子,显然二氧化碳转化主要依赖于前者。
在相同的plasma等离子体条件下,纯ch4和纯二氧化碳的转化率分别为10.9%和9.4%,ch4和二氧化碳共进料时ch4和二氧化碳转化率均高于上述数值,说明ch4和二氧化碳共进料有利于两者的共活化。