[发明专利]一种提高介质阻挡放电CO2

说明书

本发明公开了等离子体技术领域的一种提高介质阻挡放电CO₂分解转化性能的装置，包括DBD反应器和辅助电极，所述内介质管的外表面紧密覆盖有辅助电极，所述辅助电极采用螺旋线状电极、螺旋带状电极或者网状电极三种不同的辅助电极形式的其中一种，一种提高介质阻挡放电CO₂分解转化性能的方法，包括电源调试环节和预电离放电与主放电协同耦合处理环节，操作简单，无需加热，在常温常压下即可有效工作；可采用可再生能源发电驱动反应器，清洁环保；使用双电源配合激励，产生的预电离放电与主放电的耦合协同效应可以降低主电场强度，从而降低电子能量，使CO₂分解路径的电子激发所占比例下降，振动激发所占比例上升，降低能耗，提高反应效率。

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，具体为一种提高介质阻挡放电CO₂分解转化性能的装置及其方法。

背景技术

随着工业化的不断发展和全球经济增长的需求，人们对自然资源的开发利用，尤其是作为能源主导的化石能源的使用，不仅向大气中排放了大量CO₂，造成严重的环境问题，如温室效应、全球变暖等，而且由于化石能源的不可再生性，也使我们面临能源紧缺问题。如果可以将大气中的CO₂以合适的技术资源化利用，无疑这将解决环境污染与能源危机两大难题。CO₂的分解转化是CO₂资源化利用的主要形式之一。然而，由于CO₂是线性且非极性分子，具有很强的稳定性，其中C＝O键键能很高，断裂C＝O键需要极高的能量输入，因而传统热解法耗能大，转化效果不理想。

像专利CN105506665A和CN101775610B所述方法与热解法相比，虽然温度条件有所减低，不过也因此对材料有特殊要求，所用的电解质及金属材料均为复合材料，组分多、制备复杂；

像专利CN104477910A所述方法制备的二元复合金属氧化物并不是催化剂，参与了CO₂的分解反应后的二元复合金属氧化物须进一步处理，才能再次用于CO₂分解，且该反应的效率该方法并未提及；

像专利CN105905900B所述方法，存在产物被辐射源污染的问题，存在一定安全隐患；

像专利CN108786393A所述方法，无填充物时CO₂去除率仅为2％，即使增加了填充物，CO₂去除率依然较低。

基于上述可见，现有技术中存在操作较为复杂，需要在非常温常压下进行，有些会产生辐射源对环境造成影响，不符合国家环保理念，反应效率低和能耗高等技术问题。

等离子体是物质的第四态，其中含有大量高能电子、激发态原子、自由基等活性粒子以及未被电离的中性气体分子，整体呈现电中性。等离子体法具有低温、易活化、选择性和转化速率高等优点，在CO₂分解转化上有传统方法不可取代的优势。介质阻挡放电是一种在常温大气压下产生等离子体的方法。在两金属电极之间的放电空间中插入绝缘介质，电极之间的气体分子在强电场的作用下电离并加速，最终产生贯穿整个空间的电离通道。由于绝缘介质阻碍了带电粒子向电极的移动，避免放电过渡到火花或电弧放电。介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，简称DBD)等离子体具有装置简单、易发生、放电稳定等优点，是等离子体实际应用中最广泛采取的方法之一。

介质阻挡放电等离子体能够有效地应用于CO₂分解转化反应，其反应性能受多种因素的综合影响，通过优化反应器结构和反应条件参数、选择合适的激励电源等途径，可以从一定程度上提高CO₂分解转化过程反应物转化率和能量效率，并调节产物分布。等离子体CO₂转化过程存在电子激发、振动激发等多种反应路径，其中振动激发是最节能的反应路径。介质阻挡放电由于其电场强度高，电子能量大，反应过程振动激发反应路径所占的比重较低，因而将其用于CO₂分解转化的能量效率尚不够理想。