一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置及方法，空气在介质阻挡放电等离子体作用下形成非热力学平衡态的激发态粒子，有效打破氮氮三键后由电解池在催化作用下定向高效合成固氮产物如氨

【技术实现步骤摘要】
一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置及方法


[0001]本专利技术涉及人工固氮技术与低温等离子体耦合电催化
，尤其涉及一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置及方法，可应用于分布式储能
、
农业氮肥小规模生产等场景
。

技术介绍

[0002]氮作为自然界最重要的组成元素之一，在人类社会发展中起着至关重要的作用
。
自然界中的氮主要以氮气分子的形式存在，具备极高键能
(N≡N,948kJ/mol)
和稳定的电子结构，解离活化难的问题使氮气很难被直接转化利用，目前自然界主要通过少数微生物固氮酶作用和闪电的高能电离作用将游离态的氮气分子转化为高附加值的固氮产物
。
此外，生产过程中产生的大量高氨氮废水废气也极难处理
。
[0003]近年来可再生电能驱动的电催化氮还原
(NRR
，
Nitrogen Reduction Reaction)
通过灵活控制电极电压
、
合理调节催化剂结构，实现了在常温常压下固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置，其特征在于，该装置包括：低温等离子体模块和可调控产物的电催化模块；所述低温等离子体模块用于将空气中氧气分子和惰性的氮气分子活化至粒子态，通过阴极进气阀门和阳极进气阀门进入可调控产物的电催化模块；所述可调控产物的电催化模块用于将等离子体活化空气产生的活性粒子在电催化剂的作用下直接进行定向催化转化，通过调节运行模式实现面向氨
、
硝酸或硝酸铵几种不同产物的定向合成与灵活调控，具体包括以下调节运行模式：合成氨模式操作为：开启阴极进料模式，即开启阴极进气阀门，关闭阳极进料模式，即关闭阳极进气阀门，阴极电解液与氨产物收集罐循环电解液，即开启阴极电解液循环阀门，实现阴极电解液单循环；合成硝酸模式操作为：开启阳极进料模式，关闭阴极进料模式，阳极电解液与硝酸产物收集罐循环电解液，实现阳极电解液单循环；合成硝酸铵模式操作为：开启阴极进料模式，开启阳极进料模式，阴极阳极电解液与硝酸铵产物收集罐循环电解液，即开启阴阳极电解液循环阀门与硝酸铵产物阀门，实现阴阳极电解液共循环；合成氨和硝酸模式操作为：开启阴极进料模式，开启阳极进料模式，阴极阳极电解液与氨产物收集罐和硝酸产物收集罐循环电解液，即开启阴阳极电解液循环阀门，实现阴阳极电解液单循环；所述电催化模块中的电解池由阴阳极板和阴阳极气体板组成；阴阳极板通入电解液并与不同的产物收集罐相连接，实现液态产物的循环与收集；阴阳极气体板与低温等离子体模块相连接，实现阴阳极气体物料的循环与供给；极板与气体板的分离式设计实现气液相原料与产物可调节式循环
。2.
根据权利要求1所述的一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置，其特征在于，该固氮装置还包括可再生能源转化模块，所述可再生能源转化模块用于接入各类可再生能源中获取稳定电力来源，电压电流的适配性转换使前端波动的可再生能源满足低温等离子模块及电催化模块的稳态工作功率要求
。3.
根据权利要求1所述的一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置，其特征在于，可再生能源调制模块由太阳能光伏板和电能转化装置组成，太阳能光伏板提供装置的能量来源，电能转化装置将太阳能板输入的波动性电能转化为稳定的直流
/
交流输出，进行波动性能量输入，为等离子耦合电催化模块供电；此外根据当地条件因地制宜地选取风能
、
潮汐能输入
。4.
根据权利要求1所述的一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置，其特征在于，低温等离子体模块由等离子体高压电源与介质阻挡放电等离子体阵列组成，其中高压电源用于电能的高低压转化以提供等离子体击穿所需电压；介质阻挡放电等离子体阵列由若干介质阻挡放电等离子体反应器组成，单个反应器用于空气中氮氮三键的解离活化，通过调节等离子体高压电源的输出电压及输出频率参数实现反应气体击穿产生不同物理特性的低温等离子体，形成非热力学平衡的等离子相环境，产生氮
、
氧的振动态
、
激发态粒子；阵列式的反应器排布适配上游波动的可再生能源供应，实现能源最大化利用
。5.
根据权利要求1所述的一种可调控产物的等离子体耦合电催化固氮装置，其特征在
于，可调控产物的电催化模块的阴极还原反应将活...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昂键，吕嘉葆，严建华，李晓东，张浩，林晓青，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：