【技术实现步骤摘要】
本技术属于环保，具体涉及一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的装置。
技术介绍
1、随着工业的飞速发展，人类对于化石燃料的需求和利用逐渐提高，导致大气中co2浓度大幅提升(＞400ppm)，其排放量从1750年到2021年增长了40％以上。co2作为最主要的温室气体，所引起的气候变化与生态环境问题严重影响了人类生存和发展。为了控制co2的人为排放，减缓温室效应进程，世界各国积极采取行动，制定了《哥本哈根协议》、《巴黎协定》等国际公约，并提出了一系列减排目标。co2排放控制技术主要包括碳捕集与封存和co2转化利用(ccus)，其中储存/封存的维护成本过高，且存在泄漏风险，对环境产生潜在危害。因此，将所捕获的co2进行化学转化利用既是实现碳中和的重要环节，也是实现其资源化利用的重要途径。
2、低温等离子体与催化结合技术能有效地在接触表面产生结构变化和诱导过程，展现出反应速度快、运行能耗较低等特点。利用放电等离子体与催化剂协同作用以提高co2利用率，成为近年来所关注的主要研究方向之一。专利cn114853566a提出了一种等离子体催化二氧化碳加氢制乙醇的方法，用二氧化碳、氢气和水蒸气在等离子体催化反应器中混合并于等离子体放电区中反应，一步合成乙醇，简化了反应流程。专利cn114394574a提出了一种等离子体催化二氧化碳/甲烷混合气制备液体产物的方法，利用cu/uio-66-nh2催化剂中氨基与co2的强相互作用，提高了co2的转化率以及液体c2+产物的收率。专利cn110560032a提出利用fe、co、
3、因此，需要为co2的还原催化提供一种能够良好耦合催化作用和等离子体释电作用的方法和装置。
技术实现思路
1、本技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的装置，以解决现有技术中对co2的还原方法中不能充分发挥等离子体释电作用和催化作用结合效果的问题，实现了催化作用与等离子体释电作用的高效耦合，改善co2的还原转化及能量利用。
2、本技术的目的通过以下技术方案实现：
3、一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的方法，包括如下步骤：
4、原料气在等离子体的作用下被选择性激发，催化剂在流注放电的作用下激活，原料气与催化剂接触并发生反应；
5、具有微通道结构的亚介电膜在流注放电与极化效应的作用下形成局部电场，在该局部电场与流注放电形成的空间电场复合作用下激活微通道结构中掺杂的催化活性组分，在原料气通过微通道时与催化活性组分接触并发生反应；所述的原料气中包含co2以及还原性气体(包括h2、ch4等)。
6、亚介电膜为非致密的多孔结构，其对放电的介质阻挡作用不像介质阻挡放电反应那样彻底，可将其定义“亚介质阻挡放电”，因此本技术将所对应的膜材料简称为“亚介电膜”。
7、优选地，所述的co2原料气为工业排放烟气捕集所得，其中co2在原料气中的体积浓度为10-30vol％。
8、本技术公开了实现如上方法的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的装置，包括反应单元和等离子体发生单元；
9、所述的反应单元包括电晕极和亚介电膜；
10、所述的电晕极与等离子体发生单元电气连接；
11、所述的亚介电膜为具有微通道结构的膜，微通道结构内掺杂有催化活性组分，亚介电膜环绕于电晕极设置，亚介电膜与电晕极之间形成流注放电区，亚介电膜内表面负载有催化层，亚介电膜接地；
12、所述的反应单元为设有进气口和排气口的密闭结构；
13、由进气口进入反应单元的原料气经过流注放电区和亚介电膜发生反应后，由排气口排出反应单元。
14、优选地，所述的反应单元中可设置多组相配合的电晕极与亚介电膜，各电晕极分别与等离子体发生单元电气连接。
15、优选地，所述的电晕极与等离子体发生单元之间通过电源接头相连，电源接头将等离子体发生单元引出的主线分为多条支线与各电晕极相连。
16、优选地，所述的电晕极为电晕线，可采用丝杆、芒刺或螺杆等电晕线，宽度控制在3-10mm或根据亚介电膜的尺寸进行对应缩放。
17、优选地，所述的亚介电膜为陶瓷膜，孔径为50-200μm；亚介电膜内微通道结构掺杂的催化活性组分包括但不限于cu、zn、ni等。
18、更优选地，所述的亚介电膜采用莫来石或碳化硅支撑体材料。
19、亚介电膜根据需要可选管式或平板式结构，尺寸通常情况下，外径选取60-100mm、内径选取40-60mm、长度为1000-3000mm，可根据实际需求进行确定和等比缩放；亚介电膜的过膜风俗为0.01-0.05m/min。
20、优选地，所述的亚介电膜一端开口，另一端通过绝缘材料，如绝缘板，密封，所述的电晕极固定于绝缘板上。
21、更优选地，所述的绝缘材料可采用聚四氟等绝缘材料，制成板状结构对亚介电膜其中一端进行密封。绝缘材料的设置迫使气体进入流注放电区后仅能通过亚介电膜排出，保证气体流道确定。
22、优选地，所述的亚介电膜通过接地极接地，所述的接地极包覆于亚介电膜外表面。
23、优选地，所述的接地极为导电的金属网结构，孔径为1-5mm，通过导电性能良好的接地线进行接地。
24、优选地，所述的等离子体发生单元包括高压电源，所述的高压电源与电晕极电气连接。
25、更优选地，所述的高压电源可选用脉冲高压电源或高频正负直流高压电源，频率为1000-100000hz，电压工作区间为0-40kv。
26、优选地，所述的装置还包括回流单元，所述的回流单元设置于进气口与排气口之间，将由排气口排出的部分还原气体引流至进气口与原料气混合。
27、优选地，所述的回流单元的过滤风速为0.6-1.5m/min，回流比为1-2：1。
28、本技术的工作原理为：
29、等离子体发生单元向电晕极供电，使电晕极在流注放电区内发生流注放电，经过流注放电区的co2受到激发，同时位于亚介电膜表面的催化层在流注放电的作用下受到激活，co2通过催化层时发生反应，实现等离子体-催化的一次耦合。
30、在流注放电的作用下，亚介电膜表面(催化层)会累积大量迁移的电荷，结合材料具有的极化效应，能够在亚介电膜的两侧形成强烈的局部电场。在局部电场与流注放电形成的空间电场的复合作用下，亚介电膜内部的微通道结构中的气体也会发生电离并沿微通道结构产生二次等离子体，进而可激活微通道结构内掺杂的催化活性组分，co本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，包括反应单元(1)和等离子体发生单元(10)；
2.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的电晕极(7)为电晕线。
3.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的亚介电膜(12)为多孔陶瓷膜，其孔径为50-200μm。
4.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的亚介电膜(12)一端开口，另一端通过绝缘材料密封，所述的电晕极(7)固定于绝缘板上。
5.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的亚介电膜(12)通过接地极(13)接地，所述的接地极(13)包覆于亚介电膜(12)外表面。
6.根据权利要求5所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的接地极(13)为金属网结构，孔径为1-5
7.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的等离子体发生单元(10)包括高压电源(9)，所述的高压电源(9)与电晕极(7)电气连接。
8.根据权利要求7所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的高压电源(9)为脉冲高压电源或高频正负直流高压电源。
9.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的装置还包括回流单元(3)，所述的回流单元(3)设置于进气口(4)与排气口(2)之间，将由排气口(2)排出的部分还原气体引流至进气口(4)与原料气混合。
10.根据权利要求9所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原CO2的装置，其特征在于，所述的回流单元(3)的过滤风速为0.6-1.5m/min，回流比为1-2：1。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的装置，其特征在于，包括反应单元(1)和等离子体发生单元(10)；
2.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的装置，其特征在于，所述的电晕极(7)为电晕线。
3.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的装置，其特征在于，所述的亚介电膜(12)为多孔陶瓷膜，其孔径为50-200μm。
4.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的装置，其特征在于，所述的亚介电膜(12)一端开口，另一端通过绝缘材料密封，所述的电晕极(7)固定于绝缘板上。
5.根据权利要求1所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体耦合还原co2的装置，其特征在于，所述的亚介电膜(12)通过接地极(13)接地，所述的接地极(13)包覆于亚介电膜(12)外表面。
6.根据权利要求5所述的一种多孔膜催化-亚介电阻挡放电等离子体...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄文君，晏乃强，瞿赞，徐浩淼，程灿，贾翔雨，杨博林一士，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：
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