收藏本站
《天津大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

等离子体转化甲烷之实验与密度泛函理论研究

王建国  
【摘要】:等离子体在甲烷转化中的应用近年来受到了越来越多的重视,并已经有了大量的实验工作报道。但由于基础研究不足,制约了相关技术的发展。本论文主要工作是利用密度泛函理论,在分子电子水平上,首次系统地研究冷等离子体甲烷转化涉及的两大方面之基本问题,即冷等离子体直接转化甲烷的热力学可行性和冷等离子体制备高效甲烷活化转化催化剂的基本原理。 研究首先从实验上证明等离子体制备催化剂的有效性。实验表明,采用等离子体技术制备的用于甲烷部分氧化的Ni-Fe/Al2O3催化剂,在875 ℃时,甲烷转化率、一氧化碳和氢气的选择性分别为97.44,100和100%,而在常规催化剂上他们分别为90.09,97.28和97.09%。在相同的甲烷转化率时,等离子体制备的催化剂反应温度至少要比常规催化剂低80 ℃。同常规方法制备的催化剂相比,等离子体制备的催化剂也表现出了更好的抗积碳性能。 本课题组前期研究表明,等离子体制备的分子筛催化剂酸量普遍增加,并由此获得活性物质在载体上高度稳定分散,由此大大改进了甲烷燃烧催化剂的稳定性。为研究催化剂酸性点和活性钯物种相互作用,本论文采用密度泛函理论,从分子水平上研究了用于甲烷完全燃烧的Pd/HZSM-5催化剂活性位结构和电子性质、以及PdO活性位结构和分子筛酸性的关系。研究表明,担载在HZSM-5上的PdO局部结构非常类似于晶体氧化钯的四配位、四方平面结构。并且HZSM-5的酸位能够使氧化钯高度分散并避免积聚的氧化钯形成,这对于保持高催化活性是非常必要的。同时采用簇模型研究了甲烷燃烧反应的速率决定步骤,既甲烷第一个C-H键断裂过程。研究表明甲烷活化遵循氧化还原即Mars 与van Krevelen型反应机理。并且不同酸量的Pd/HZSM-5表现出不同的吸附、解离模式,以及不同的催化活性和稳定性。研究表明HZSM-5酸量不同导致了PdO不同的结构和电子性质,进而引发了不同的催化活性。这与实验结果是相当吻合的。 本文还采用密度泛函理论,首次系统地从分子水平上研究等离子体直接转化甲烷、二氧化碳为各种含氧化合物、高碳烃的机理。并分析了反应物主要解离路径、各种中间反应步骤、形成各种产物(包括醇、酸、高碳烃和合成气)的可能途径。研究表明,反应物的解离是转化过程中的主要障碍。等离子体可以提供足够能量以分解反应物,一旦反应物被解离,合成气、含氧化合物及高碳烃都很容易形成。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O621

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李沙沙;刘建周;吴杰;李国玲;王平;季芹芹;;低浓度CH_4燃烧催化剂制备及其反应性能研究[J];洁净煤技术;2010年01期
2 郑建东;任晓光;;La_(1-x)Sr_xMnAl_(11)O_(19-δ)催化剂的甲烷燃烧性能研究[J];材料导报;2011年08期
3 王月娟;郭美娜;鲁继青;罗孟飞;;介孔Al_2O_3负载PdO催化甲烷燃烧反应性能[J];催化学报;2011年09期
4 张佳瑾;李建伟;朱吉钦;王越;陈标华;;助剂对Cu-Mn复合氧化物整体式催化剂催化低浓度甲烷燃烧反应性能的影响[J];催化学报;2011年08期
5 冯绍杰;杨武;王忠兵;;纳米ZnFe_2O_4粉体合成及甲烷催化燃烧性能研究[J];中国科学技术大学学报;2011年06期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑建东;任晓光;宋永吉;;焙烧温度对制备LaMnAl_(11)O_(19-δ)催化剂结构及其甲烷燃烧性能的影响[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
2 欧阳强;李岳芳;周永波;邱仁华;尹双凤;;用于溴甲烷转化为二甲苯的磷改性HZSM-5分子筛催化剂[A];中国化学会第28届学术年会第19分会场摘要集[C];2012年
3 李燕燕;潘志英;付朋;朱学栋;;HZSM-5分子筛对苯甲醇烷基化的催化性能研究[A];上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集[C];2010年
4 赖君玲;宋丽娟;刘道胜;秦玉才;孙兆林;;频率响应法研究噻吩在HZSM-5分子筛上的吸附行为[A];中国石油学会第六届石油炼制学术年会论文集[C];2010年
5 袁强;杨乐夫;史春开;何湘鄂;蔡俊修;;氧化物助剂对负载型钯催化剂活性改善的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 逄芳;于庆勇;侴晓玉;李秀颖;逯路;陈丽娜;张健;徐占林;;甲烷燃烧稀土六铝酸盐LaCu_xAl_(12-x)O_(19-δ)催化剂的制备及其性能研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
7 孙月秋;魏庆斌;牛晓宇;朱宇君;袁福龙;;微波辅助La-Mn-O钙钛矿的合成及其催化甲烷燃烧[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
8 雷智平;水恒福;王知彩;任世彪;蒋京熹;;甲醇在改性HZSM-5上制芳烃的研究[A];苏、鲁、皖、赣、冀五省金属学会第十五届焦化学术年会论文集(下册)[C];2010年
9 李虎;罗立文;于慧征;鲍新宁;夏道宏;;丁硫醚在Ce-HZSM-5上的转化反应研究[A];第2届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2005年
10 李彤;李永丹;;Ca_xLa_(1-x)MnAl_(11)O_(19)六铝酸盐催化剂上甲烷燃烧的研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 本报驻美国记者 王如君;紧张忙碌的十六天[N];人民日报;2003年
2 刘宏;日实现甲烷高密度的贮存[N];中国石化报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王建国;等离子体转化甲烷之实验与密度泛函理论研究[D];天津大学;2004年
2 张东升;P改性HZSM-5分子筛上乙醇脱水制乙烯反应的催化性能研究[D];天津大学;2009年
3 岳宝华;耐高温高比表面Ce-Zr复合氧化铝材料在甲烷燃烧及汽车尾气净化催化剂中催化作用性能的研究[D];浙江大学;2006年
4 郑建东;掺杂六铝酸盐高温燃烧催化剂的制备及其在甲烷催化燃烧中性能的研究[D];北京化工大学;2008年
5 孙林平;纳米HZSM-5分子筛上焦化苯烷基化合成乙苯的研究[D];大连理工大学;2010年
6 谢彦;多光子电离研究复杂催化反应[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
7 陈东梁;甲烷/煤尘复合火焰传播特性及机理的研究[D];中国科学技术大学;2007年
8 靳立军;2-甲基萘与甲醇烷基化选择性合成2,6-二甲基萘研究[D];大连理工大学;2006年
9 余夕志;汽油和柴油馏分加氢脱硫催化剂及反应动力学研究[D];南京工业大学;2005年
10 胡晓燕;烷烃催化裂解制低碳烯烃反应研究[D];中国石油大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 潘燕飞;交联粘土催化甲烷燃烧和乙苯脱氢反应的研究[D];山东大学;2005年
2 丁玉柱;甲烷DBD燃烧强化中CH光谱测量及其燃烧仿真研究[D];华中科技大学;2011年
3 王瑾;改性HZSM-5对甲醇制烯烃反应性能的影响研究[D];中南大学;2012年
4 张彦禹;多级孔HZSM-5催化剂上甲醇合成燃料油的催化性能研究[D];太原理工大学;2011年
5 汪然明;HZSM-5和Y型分子筛催化正十二烷超临界裂解研究[D];天津大学;2010年
6 曹占国;纳米HZSM-5在FCC汽油选择性加氢脱硫改质中的应用研究[D];大连理工大学;2011年
7 刁振恒;HZSM-5分子筛催化剂脱硫脱硝研究[D];长春工业大学;2011年
8 李惊鸿;Ga(Al)/HZSM-5分子筛上乙烯二聚反应历程的理论计算研究[D];辽宁师范大学;2011年
9 孙琳琳;甲醇存在时异丁硫醇在La-Ce-HZSM-5上催化转化反应研究[D];中国石油大学;2008年
10 薛晓敏;HZSM-5分子筛负载稀土复合氧化物催化剂上CVOCs催化氧化性能的研究[D];浙江大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026