超音速非平衡等离子体消除挥发性有机物的基础研究

项目主要研究在超音速气流下产生非平衡等离子体及其应用。利用金属缩张形Laval喷管作为外电极，金属圆柱作为中心电极，施加交流高电压在两电极上，高速含挥发性有机物废气流通过Laval喷管时，形成低压、低温膨胀状态的超音速滑动放电非平衡等离子体流，通过高能粒子轰击和自由基氧化使C-H键断开来消除有机物同时产生氢气，并可避免氮氧化物NOx的生成。通过实验和理论研究，对超音速滑动放电等离子体电极结构、电场分布及放电范围等因素进行优化，提高挥发性有机污染物的净化率、产氢率；建立大气压下超音速滑动放电非平衡等离子体通道；建立挥发性有机物降解反应和产氢反应的动力学模型。上述基础课题研究可使我们在有机废气治理等方面获取新的知识，为"超音速滑动放电等离子体消除挥发性有机物同时制氢"新工艺的方案设计及其应用提供理论依据和技术支持。

环境和能源问题日益严重，“超音速非平衡等离子体消除挥发性有机物的基础研究”实现廉价能量源进行绿色氢的制取，可减少人类对化石燃料的依赖，进而对全球经济和降低环境污染做出巨大贡献。基于Laval喷管电极，建立了6套不同处理量的超音速滑动放电等离子体消除挥发性有机物同时制氢系统，完成了超音速滑动弧放电非平衡等离子体的物理化学机制研究，优化了超音速滑动放电等离子体电极结构、电场分布及放电范围等因素;并对自由基的生成特性进行了研究，建立了含有100个反应的湿空气低温等离子体化学反应动力学模型；根据电参数、图像分析结果及Elenbass-Heller方程，建立了超音速滑动放电非平衡等离子体通道模型；通过对甲苯、乙醇、甲烷、氨气等模拟挥发性有机物的降解研究，建立了有机物降解反应和产氢反应的动力学模型。本项目按时完成预定的目标，发表期刊论文17 篇，其中SCI 论文9 篇（其中SCI 影响因子大于4.0 的2 篇），EI 论文11 篇；会议论文1 篇；发明专利授权1 项，实用新型专利授权1项。