一种二氧化碳的常温分解方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化碳的常温分解方法。该方法可在常温下通过低温等离子体技术实现CO2的分解，避免高温条件对传统CO2分解技术化学平衡的限制，降低能耗成本，工艺简单，且CO2转化率相对较高；根据实际情况，对工业烟气进行模拟，可选择性的调控模拟烟气中CO2的含量，使模拟实验贴近工业实践，具有工业指导价值。本方法以改性农作物秸秆为填充物质可有效的提高CO2的去除效率；改性农作物秸秆具有较大的比表面积、表面自由基、碳原子以及还原性较强的氢原子，在低温等离子体环境在能够与CO2发生氧化还原反应，延长污染物气体在介质阻挡放电反应器的停留时间，使反应更充分，来源广泛、价廉易得。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳的常温分解方法
本专利技术涉及材料学和环境治理领域，具体是一种二氧化碳的常温分解方法。
技术介绍
当今世界，温室效应和全球变暖已经成为全球性问题之一。随着全球经济的快速发展，人类化石燃料燃烧和工农业生产等活动将大量的二氧化碳等温室气体排放到大气中，致使全球气候正在发生前所未有的急剧变化。地球大气中温室气体主要有水汽、二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、臭氧等。其中，由于CO2对红外线具有超强的吸收能力且在大气中含量较高的原因，对全球升温的贡献率很高，成为最主要的温室气体。所以，实现CO2的减排和资源化利用是改善全球变暖气候问题的主要研究方向。CO2可以实现向碳、一氧化碳、甲醇、烷烃等能源物质的化学转化。但CO2作为碳的最终氧化产物，具有高度的稳定性，不利于作为能源物质合成的原始材料，所以活化是CO2资源化利用的关键所在。二氧化碳在高温下能够发生分解反应：2CO2→2CO+O2，△H＝552kJ/mol。该反应由于受到化学反应平衡的限制，不但需在高温条件下才能实现，且CO2转化率低，所以在传统的固定床反应器中反应难以实现。低温等离子体技术由于处理流程短、效率高、低耗节能且使用范围广等优点成为了一种新型的污染物治理技术。其中，介质阻挡放电(DBD)技术可以通过多种方式实现CO2的减排，如：甲烷二氧化碳重整生成合成气；二氧化碳加氢合成甲醇、甲烷、甲醛、二甲醚等。最简单的方法是将二氧化碳直接分解成CO和O2，并将CO作为化学原料制备更具有使用价值的化学品。同时，国内外学者研究表明，在介质阻挡放电反应器放电区间添加填充物质可有效的提高CO2的分解效率，比如：Michielsen等人以BaTiO3为填充物质，翟长龙等人以多孔材料硅胶和γ-Al2O3为填充物质，可一定程度提高CO2的分解效率，但均存在填充物质成本较高的问题，难以应用于工业上烟气中CO2的治理。农作物秸秆的主要成分为纤维素、碳水化合物和木质素类芳香族化合物，可以通过一系列工艺增大比表面积和表面自由基含量，使改性后的秸秆作为介质阻挡放电的填充物质，在提高CO2去除效率的同时，实现秸秆的资源化利用。当前最普遍的秸秆预处理方法主要有机械处理法、物理处理法、化学处理法和生物处理，比如：周定国等人通过球磨机对水稻秸秆、小麦秸秆进行机械处理。李小龙等通过超声波和微波酯化相结合的方法对稻草纤维进行物理处理，EvaBaldikova等人通过柠檬酸氢氧化钠(aicd-NaOH)对小麦秸秆进行化学处理，张洋用不同类型酶制剂对小麦秸秆进行生物处理，均一定程度使秸秆表面形态会发生变化。如：表面孔隙数量增加、比表面积增加、自由基浓度增加、润湿性能改善等。秸秆改性可以将秸秆“变废为宝”，在水污染、大气污染等环境问题的处理过程中充当吸附剂、催化剂、还原剂，不仅降低了污染物去除的成本，也减少了秸秆燃烧处理对环境大气的污染，具有良好的发展前景。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种二氧化碳的常温分解方法。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种二氧化碳的常温分解方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)安装实验设备：实验设备包括气瓶、转子流量计、气体混合筒、等离子体电源、示波器、DBD反应器、采样筒、烟气分析仪、尾气吸收筒和搅拌器；所述气瓶、转子流量计、气体混合筒、DBD反应器、采样筒和尾气吸收筒采用硬硅胶管依次连接；所述等离子体电源分别与示波器和DBD反应器连接；所述气体混合筒的进气端开孔，用于空气的进入；烟气分析仪分析采样筒中各气体的浓度值；搅拌器位于尾气吸收筒中；连接完成后检查整套实验设备的气密性是否良好，并打开转子流量计、等离子体电源、示波器和烟气分析仪；(2)模拟烟气的配制：打开所有气瓶的阀门，调节气瓶上的减压阀使转子流量计的示数稳定在所需数值，并通过转子流量计开关的对气体流量进行微调，气体流入到气体混合筒中并在气体混合筒中配制模拟烟气；(3)调节等离子体电源的输入电压，使未装有填充物质的DBD反应器开始放电；调节等离子体电源的电源频率，使其控制在实验所需数值范围内；模拟烟气通过DBD反应器后，反应后的气体流入到采样筒中，烟气分析仪进行成分分析并测量采样筒中各个气体的浓度值，当浓度值不再发生变化时，记录数据为进口浓度；反应后的气体经尾气吸收筒吸收后排入风道；(4)在DBD反应器中装入填充物质，调节等离子体电源的输入电压，使装有填充物质的DBD反应器开始放电；调节等离子体电源的电源频率，使其控制在实验所需数值范围内；模拟烟气通过DBD反应器后，反应后的气体流入到采样筒中，烟气分析仪进行成分分析并测量采样筒中各个气体的浓度值，当浓度值不再发生变化时，记录数据为出口浓度；反应后的气体经尾气吸收筒吸收后排入风道；(5)计算CO2的去除效率；CO2的去除效率＝出口浓度/进口浓度×100％。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：1、与现有二氧化碳分解方法相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术可以在常温下实现二氧化碳的分解。在无填充物质添加条件下，调节电源输入电压为50V，CO2的去除效率可达2.2％；(2)本专利技术所选填充物质改性农作物秸秆可有效的提高CO2的去除效率，调节电源输入电压为50V，玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆做填充物质，CO2的去除效率可分别提高为11.5％、6.1％、2.3％；(3)本专利技术以改性农作物秸秆为填充物质可有效的提高CO2的去除效率，且玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆的最佳改性条件分别为未经处理、4％HCl溶液、3％HCl溶液。在三种最佳改性农作物秸秆作为填充物质条件下，调节电源输入电压为50V，CO2的去除效率可分别提高为11.5％、11％、5.2％；(4)本专利技术能够在CO2浓度较低的环境中利用介质阻挡放电技术分解二氧化碳，具有工业指导价值。2、与现有介质阻挡放电反应器填充物质种类相比，本专利技术所选取填充物质的有益效果为：(1)具有较大的比表面积、表面自由基、碳原子以及还原性较强的氢原子，在低温等离子体环境在能够与CO2发生氧化还原反应，提高CO2的去除效率；(2)吸附效果好并还原CO2；延长污染物气体在介质阻挡放电反应器的停留时间，使反应更充分，提高CO2的去除效率；(3)来源广泛、价廉易得；(4)提高CO2去除效率的同时，将秸秆资源化利用，具有很好的工业化应用前景。(5)该方法可以通过介质阻挡放电技术的放电击穿、电荷传递、分子原子激发三个阶段，在常温下实现CO2向CO的转换。3、该方法可在常温下通过低温等离子体技术实现CO2的分解，避免高温条件对传统CO2分解技术化学平衡的限制，降低能耗成本，工艺简单，且CO2转化率相对较高；根据实际情况，对工业烟气进行模拟，可选择性的调控模拟烟气中CO2的含量，使模拟实验贴近工业实践，具有工业指导价值。4、通过各气体组分添加量的控制为配置模拟烟气创造实验条件，并利用介质阻挡放电技术对模拟烟气中的低浓度CO2进行分解；该方法可在常温下通过低温等离子体技术实现CO2的分解，避免高温条件对传统CO2分解技术化学平衡的限制，成本低，工艺简单，且CO2转化率较高。附图说明图1是本专利技术二氧化碳的常温分解方法一种实施例的实验设备连接示意图；图2是本专利技术二氧化碳的常温分解方法实施例1中能量输入密度对C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳的常温分解方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）安装实验设备：实验设备包括气瓶、转子流量计、气体混合筒、等离子体电源、示波器、DBD反应器、采样筒、烟气分析仪、尾气吸收筒和搅拌器；所述气瓶、转子流量计、气体混合筒、DBD反应器、采样筒和尾气吸收筒采用硬硅胶管依次连接；所述等离子体电源分别与示波器和DBD反应器连接；所述气体混合筒的进气端开孔，用于空气的进入；烟气分析仪分析采样筒中各气体的浓度值；搅拌器位于尾气吸收筒中；连接完成后检查整套实验设备的气密性是否良好，并打开转子流量计、等离子体电源、示波器和烟气分析仪；（2）模拟烟气的配制：打开所有气瓶的阀门，调节气瓶上的减压阀使转子流量计的示数稳定在所需数值，并通过转子流量计开关的对气体流量进行微调，气体流入到气体混合筒中并在气体混合筒中配制模拟烟气；（3）调节等离子体电源的输入电压，使未装有填充物质的DBD反应器开始放电；调节等离子体电源的电源频率，使其控制在实验所需数值范围内；模拟烟气通过DBD反应器后，反应后的气体流入到采样筒中，烟气分析仪进行成分分析并测量采样筒中各个气体的浓度值，当浓度值不再发生变化时，记录数据为进口浓度；反应后的气体经尾气吸收筒吸收后排入风道；（4）在DBD反应器中装入填充物质，调节等离子体电源的输入电压，使装有填充物质的DBD反应器开始放电；调节等离子体电源的电源频率，使其控制在实验所需数值范围内；模拟烟气通过DBD反应器后，反应后的气体流入到采样筒中，烟气分析仪进行成分分析并测量采样筒中各个气体的浓度值，当浓度值不再发生变化时，记录数据为出口浓度；反应后的气体经尾气吸收筒吸收后排入风道；（5）计算CO2的去除效率；CO2的去除效率=出口浓度/进口浓度×100%。...

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳的常温分解方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）安装实验设备：实验设备包括气瓶、转子流量计、气体混合筒、等离子体电源、示波器、DBD反应器、采样筒、烟气分析仪、尾气吸收筒和搅拌器；所述气瓶、转子流量计、气体混合筒、DBD反应器、采样筒和尾气吸收筒采用硬硅胶管依次连接；所述等离子体电源分别与示波器和DBD反应器连接；所述气体混合筒的进气端开孔，用于空气的进入；烟气分析仪分析采样筒中各气体的浓度值；搅拌器位于尾气吸收筒中；连接完成后检查整套实验设备的气密性是否良好，并打开转子流量计、等离子体电源、示波器和烟气分析仪；（2）模拟烟气的配制：打开所有气瓶的阀门，调节气瓶上的减压阀使转子流量计的示数稳定在所需数值，并通过转子流量计开关的对气体流量进行微调，气体流入到气体混合筒中并在气体混合筒中配制模拟烟气；（3）调节等离子体电源的输入电压，使未装有填充物质的DBD反应器开始放电；调节等离子体电源的电源频率，使其控制在实验所需数值范围内；模拟烟气通过DBD反应器后，反应后的气体流入到采样筒中，烟气分析仪进行成分分析并测量采样筒中各个气体的浓度值，当浓度值不再发生变化时，记录数据为进口浓度；反应后的气体经尾气吸收筒吸收后排入风道；（4）在DBD反应器中装入填充物质，调节等离子体电源的输入电压，使装有填充物质的DBD反应器开始放电；调节等离子体电源的电源频率，使其控制在实验所需数值范围内；模拟烟气通过DBD反应器后，反应后的气体流入到采样筒中，烟气分析仪进行成分分析并测量采样筒中各个气体的浓度值，当浓度值不再发生变化时，记录数据为出口浓度；反应后的气体经尾气吸收筒吸收后排入风道；（5）计算CO2的去除效率；CO2的去除效率=出口浓度/进口浓度×1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超，马秀琴，杨振民，张长平，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12