[发明专利]低温等离子电场辅助合成有机硅化合物的方法和装置

说明书

本发明提供一种低温等离子负电晕放电电场辅助合成有机硅化合物的方法和装置，特别是低温等离子负电晕放电电场辅助处理含碳气体和含氢气体与含硅化合物合成有机硅化合物的方法和装置；本发明的方法是利用低温负电晕放电电场产生的电能将含碳气体和含氢气体转化为气体分子、原子、离子和/或自由基，经重整得到有机碳氢化合物分子、离子和/或自由基，再与含硅化合物接触形成有机硅化合物。

技术领域

本发明属于等离子辅助化学反应技术领域，具体涉及一种低温等离子电场辅助合成有机硅化合物的方法和装置；所述方法是利用含碳和含氢气体与含硅化合物在低温等离子负电晕放电电场下的还原和重整反应实现的。

背景技术

随着依赖传统能源的工业的发展，石化燃料燃烧产生的二氧化碳与日增加，二氧化碳已经成为驱动全球变暖和温室效应产生的主要风险来源。石化燃料燃烧而产生的二氧化碳对于全球气候变暖的影响，已经成为一个国际间广泛关注的话题。控制和利用工业排放的二氧化碳，是应对温室效应的主要手段。高效、经济地利用二氧化碳从而减少二氧化碳排放量已成为今后可持续发展的主要内容之一。

等离子体可分为高温、热和低温等离子体。在低温等离子体中，电子可具有5eV以上的动能，分子、自由基及原子等可处在从室温至数百摄氏度的范围内。具有足够能量的电子可与气体分子发生非弹性碰撞使其转化为激发态粒子、自由基(或原子)及离子等活性粒子，使反应物活化，常常能使动力学上较难进行的催化反应在较低温度下进行。

目前，低温等离子体技术已成为环境治理、能源开发等领域的前沿热点课题，利用等离子体反应净化空气和转化二氧化碳气体等研究已广泛开展。低温等离子处理技术可强化二氧化碳的分解和转化，促使它与其它气体进行重整并转化为许多有价值的产品，具有显著的经济优势和良好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温等离子电场辅助合成有机硅化合物的方法和装置，特别是低温等离子负电晕放电电场辅助处理含碳气体和含氢气体与含硅化合物合成有机硅化合物的方法和装置；本发明的方法是利用低温等离子产生的电能将含碳气体和含氢气体转化为气体分子、原子、离子和/或自由基，经重整得到有机碳氢化合物分子、离子和/或自由基，再与含硅化合物接触形成有机硅化合物。

有机硅化合物是指含有Si-C键、且至少有一个有机基团是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等有机基团与硅原子相连接的化合物称作有机硅化合物。其中，以硅氧键(-Si-O-)为骨架组成的聚硅氧烷(含有-Si-O-Si-)是有机硅化合物中为数最多、研究最深、应用最广的一类化合物，约占总用量的90％以上。

目前有机硅产品繁多，品种牌号多达万余种，常用的就有4000余种，大致可分为原料、中间体和制品三大类。常用的有机硅中间体主要指线状或环状体的硅氧烷低聚物，如六甲基二硅氧烷(MM)、八甲基环四硅氧烷(D4)、二甲基环硅氧烷混合物(DMC)等。

有机硅具有优异的性能，因此应用范围非常广泛。它不仅作为航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料使用，而且也用于国民经济各部门，其应用范围已扩大到：建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等等。但是，工业上有机硅化合物的合成路线较长，单体合成段工艺控制严格，一般以甲醇、氯化氢、硅粉等原料通过催化反应合成有机硅单体，单体水解后可得到环体。该制备工艺复杂，过程要求高，生产成本高，且无法做到绿色环保。

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种低温等离子负电晕放电电场辅助合成有机硅化合物的方法，所述方法包括如下步骤：将含碳气体和含氢气体通入反应器，所述反应器具有负电晕放电电场，和放置含硅化合物的溶液床，所述负电晕放电电场为直流负电晕放电电场，或者其他可提供足够能量将反应气体分子氧化分解为原子、离子、自由基等的电场源。

本发明的负电晕放电电场没有特别限定，任何现有技术已知的等离子源均可用于本发明。优选地，所述直流负电晕放电电场为高频高压直流负电晕放电电场。