dbd等离子体反应装置及转化co2的等离子体系统
技术领域
1.本发明涉及气体污染治理领域，具体涉及到dbd等离子体反应装置及转化co2的等离子体系统。
背景技术：
2.我国自2007年起就以co2年排放量近60亿吨位居世界第一至今，并且随着我国的快速发展，对能源消耗量的日益增长，在2018年我国的co2年排放量已达到了198.7亿吨，大量的co2被排放到大气中，给我国环境带来了很大的影响。因此，对co2的减排工作势在必行。然而，co2作为非极性共价化合物，c＝o键能为783kj/mol，
△
g＝
?
394kj/mol，在室温下十分稳定，分解所需的活化能非常大，严重受到热力学平衡限制。在传统的co2处理方法中，co2一直是被当作废气处理，但事实上co2是一种很有潜力的物质，可以被还原为高能值的化学物质如ch4、ch3oh等，从而参与碳循环，成为最大、最丰富的碳资源。目前常用的co2转化利用技术包括热催化、光催化、电催化、生物催化以及低温等离子体催化等。其中，热催化技术受限于co2自身的强热稳定性，转化co2的能耗极高，导致单纯热转化co2技术的经济性差，若采用化石能源作为能源，还易造成二次温室气体的排放，不具有环保性；光催化虽然采用光能作为能源，但是co2转化率与能源最低，难以推广；电催化虽然具有较好的co2转化率，但是产物选择性太差，有待于进一步的研究；生物催化中昂贵且易失活的酶导致该技术难以推广；低温等离子体催化具有比电催化更加优越的产物选择性，比光催化更高的能源效率，比热催化更低的反应温度，装置简单易拆卸，快速启停等优点逐渐成为co2转化技术中重要的一员。
3.目前，国内外研究人员对低温等离子体催化co2技术进行了广泛的研究，根据等离子体放电的形式分为辉光放电、电晕放电、滑动电弧放电、微波放电、射频放电和介质阻挡放电(dbd)等。其中dbd等离子体因具有气压范围宽、放电频率范围广、放电均匀稳定，反应器内可以添加填充材料等优点而备受关注。根据反应器结构，dbd等离子体分为平板式与圆筒式。相较于平板式dbd反应器，圆筒式dbd反应器具有气密性更好，能够产生大量的高能活性，放电均匀稳定，反应器结构简单，密闭性良好，无死角，有利于均匀布气，易于清洗、气体收集等优点。
技术实现要素：
4.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于进一步提升圆筒式dbd等离子体分离器的性能，提供一种dbd等离子体反应装置及转化co2的等离子体系统。
5.本发明提供了dbd等离子体反应装置，具有这样的特征，包括：支架，放置在水平面上；石英玻璃管，用于容纳等离子体反应的反应物，以及充当等离子体反应的阻挡介质；两个密封装置，分别与石英玻璃管的两端相连，用于对石英玻璃管进行密封，并与石英玻璃管一起水平放置在支架上；内电极组件，包括内电极以及两根分别连接在内电极两端的连接杆，内电极设置在石英玻璃管内，且内电极的直径小于石英玻璃管的直径，连接杆穿设在石
英玻璃管以及密封装置上，用于固定内电极，内电极通过连接杆与电源的正极连接；外电极，设置在石英玻璃管外壁上，长度与内电级的长度相等，且与内电级的位置相对应，与电源的负极连接，用于与内电极相配合产生电场使反应物进行等离子体反应而产生生成物；进气口，设置在一个密封装置上，并且与石英玻璃管相连通，用于通入反应物；以及出气口，设置在另一个密封装置上，并且与石英玻璃管相连通，用于输出生成物；其中，内电极为螺纹状结构，外电极采用菱形铝网结构，用于加强内电极与外电极之间的电场，从而提升反应气体的转化率。
6.在本发明提供的dbd等离子体反应装置中，还可以具有这样的特征：其中，反应物为co2以及h2，生成物为ch4。
7.在本发明提供的dbd等离子体反应装置中，还可以具有这样的特征：其中，等离子反应的放电频率为0～60khz，放电电压为0～12kv，气体流速为50ml/min。
8.在本发明提供的dbd等离子体反应装置中，还可以具有这样的特征：其中，石英玻璃管外径为16mm，内径为14mm，长为200mm。
9.在本发明提供的dbd等离子体反应装置中，还可以具有这样的特征：其中，内电级组件总长为290mm，内电极长为100mm。
10.本发明提供了转化co2的等离子体系统，具有这样的特征，包括：dbd等离子体反应装置，用于通入co2和h2进行等离子反应从而生成ch4；以及电源，用于给dbd等离子体反应装置提供电能；其中，dbd等离子体反应装置为权利要求1
?
5中任意一项的dbd等离子体反应装置。
11.在本发明提供的转化co2的等离子体系统中，还可以具有这样的特征，还包括：电解水设备，电解水设备用于通过电解水过程生成h2，电源还用于给电解水设备提供电能。
12.在本发明提供的转化co2的等离子体系统中，还可以具有这样的特征：其中，电源为
太阳能电池，太阳能电池包括太阳能转化器以及蓄电池，太阳能转化器用于在室外吸收太阳能并生成电能，蓄电池用于储存太阳能转化器生成的电能。
13.发明的作用与效果
14.根据本发明所涉及的dbd等离子体反应装置及转化co2的等离子体系统，与传统的dbd等离子体反应器相比，本发明所涉及的dbd等离子体反应装置由于外电极分离在石英玻璃管外，增强了边缘效应，以及内电极采用螺纹状结构，因此形成了更强的电场，提升了等离子体反应的co2转化率。
附图说明
15.图1是本发明的实施例中转化co2的等离子体系统的示意图；
16.图2是本发明的实施例中dbd等离子体反应装置(含外电极)的立体图；
17.图3是本发明的实施例中dbd等离子体反应装置(不含外电极)的立体图；
18.图4是本发明的实施例中dbd等离子体反应装置(不含外电极)的剖面图；
19.图5是本发明的实施例中dbd等离子体反应装置支架的立体图。
具体实施方式
20.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实
施例结合附图对本发明所涉及的dbd等离子体反应装置及转化co2的等离子体系统作具体阐述。
21.＜实施例＞
22.图1为本实施例中转化co2的等离子体系统的示意图。
23.如图1所示，本实施例中的co2的等离子体系统100包括dbd等离子体反应装置10、太阳能电池20以及电解水设备30。
24.dbd等离子体反应装置10用于通入co2和h2进行等离子反应从而生成ch4。
25.图2为本实施例中dbd等离子体反应装置(含外电极)的立体图，图3为本实施例中dbd等离子体反应装置(不含外电极)的立体图，图4为本实施例中dbd等离子体反应装置(不含外电极)的剖面图，图5是本实施例中dbd等离子体反应装置支架的立体图。
26.如图2
?
5所示，本实施例中的dbd等离子体反应装置10，包括支架17、石英玻璃管11、两个密封装置12、内电极组件13、外电极14、进气口15以及出气口16。
27.支架17放置在水平面上，包括底座以及两块垂直设置在底座上的竖板。该两块竖板上端均有凹槽。
28.石英玻璃管11用于容纳等离子体反应的反应物co2，以及充当等离子体反应的阻挡介质。石英玻璃管为透明玻璃管，外径为16mm，内径为14mm，长为200mm。
29.两个密封装置12分别与石英玻璃管11的两端相连，对石英玻璃管11进行密封，并分别放置在支架17的两个凹槽处，从而使石英玻璃管11保持水平。密封装置12包括四氟小盖帽121、四氟玻璃管帽122、四氟大盖帽123、四氟火垫圈124、大o形圈125以及密封胶圈126。
30.四氟大盖帽123设置在石英玻璃管11外壁上，大o形圈125设置在四氟大盖帽123内并套在石英玻璃管11外壁上，四氟火垫圈124设置在大o形圈125与四氟大盖帽123之间的空隙中，四氟玻璃管帽122与四氟大盖帽123相连，密封胶圈126设置在四氟小盖帽121内，四氟小盖帽121与四氟玻璃管帽122相连。四氟小盖帽121、四氟玻璃管帽122、四氟大盖帽123、四氟火垫圈124、大o形圈125以及密封胶圈126对石英玻璃管11各个部分起到密封的作用，防止气体泄露。
31.内电极组件13包括内电极131以及两根连接杆132。
32.内电极131采用螺纹状结构，设置在石英玻璃管11内，直径为12mm。
33.两根连接杆132与内电极131两端相连，并穿设在石英玻璃管11、四氟玻璃管帽122以及四氟小盖帽121上，从而固定内电极131。
34.内电级组件13总长为290mm，内电极131为110mm。内电极131通过连接杆132与电源的正极连接。
35.相较于圆柱结构，螺纹状结构的内电极131可在同等条件下产生数量更多、能级更高的高能电子，且催化剂分布更均匀，提升co2转化率。
36.外电极14采用菱形铝网结构，设置在石英玻璃管11外壁上，长度与内电级131的长度相等，且与内电级131的位置相对应，与电源的负极连接，与内电极131相配合产生电场使反应物co2以及h2进行等离子体反应而产生生成物ch4。等离子反应的放电频率13khz，放电电压为6kv，气体流速为15ml/min。
37.与传统的dbd等离子体反应器相比，本实施例中的dbd等离子体反应装置10由于外
电极14分离在石英玻璃管11外，增强了边缘效应，从而形成更强的局部电场，在放电过程中可以产生更多具有更高能量的电子，增强了电子冲击离解过程，提升co2转化率。
38.进气口15设置在一个密封装置12上，并且与石英玻璃管11相连通，用于通入反应物co2以及h2。
39.出气口16设置在另一个密封装置12上，并且与石英玻璃管11相连通，用于输出生成物ch4。
40.太阳能电池20，即dbd等离子体反应装置10的电源，通过变压器给dbd等离子体反应装置10提供电能。太阳能电池20包括太阳能转化器21以及蓄电池22，太阳能转化器21用于在室外吸收太阳能并生成电能，蓄电池22储存太阳能转化器21生成的电能。
41.电解水设备30用于通过电解水过程生成h2，太阳能电池20还通过变压器给电解水设备30提供电能。
42.实施例的作用与效果
43.根据本实施例所涉及的dbd等离子体反应装置及转化co2的等离子体系统，与传统的dbd等离子体反应器相比，本发明所涉及的dbd等离子体反应装置由于外电极分离在石英玻璃管外，增强了边缘效应，以及内电极采用螺纹状结构，因此形成了更强的电场，提升了等离子体反应的co2转化率。
44.根据本实施例所涉及的dbd等离子体反应装置及转化co2的等离子体系统，与传统的dbd等离子体反应器相比，本实施例所涉及的转化co2的等离子体系统结合太阳能可再生能源产生的电能，一部分用于dbd等离子体反应装置产生等离子体，一部分用于电解水制氢，提升了可再生能源的利用率，节能环保。
45.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
46.本实施例中的dbd等离子体反应装置采用菱形铝网外电极，本发明中的dbd等离子体反应装置还可采用线圈外电极。技术特征：
1.一种dbd等离子体反应装置，与外部的电源连接，其特征在于，包括：支架，放置在水平面上；石英玻璃管，用于容纳等离子体反应的反应物，以及充当所述等离子体反应的阻挡介质；两个密封装置，分别与所述石英玻璃管的两端相连，用于对所述石英玻璃管进行密封，并与所述石英玻璃管一起水平放置在所述支架上；内电极组件，包括内电极以及两根分别连接在所述内电极两端的连接杆，所述内电极设置在所述石英玻璃管内，且所述内电极的直径小于所述石英玻璃管的直径，所述连接杆穿设在所述石英玻璃管以及所述密封装置上，用于固定所述内电极，所述内电极通过所述连接杆与所述电源的正极连接；外电极，设置在所述石英玻璃管外壁上，长度与所述内电级的长度相等，且与所述内电级的位置相对应，与所述电源的负极连接，用于与所述内电极相配合产生电场使所述反应物进行所述等离子体反应而产生生成物；进气口，设置在一个所述密封装置上，并且与所述石英玻璃管相连通，用于通入所述反应物；以及出气口，设置在另一个所述密封装置上，并且与所述石英玻璃管相连通，用于输出所述生成物；其中，所述内电极为螺纹状结构，所述外电极采用菱形铝网结构，用于加强所述内电极与所述外电极之间的电场，从而提升所述反应气体的转化率。2.根据权利要求1所述的一种dbd等离子体反应装置，其特征在于：其中，所述反应物为co2以及h2，所述生成物为ch4。3.根据权利要求2所述的一种dbd等离子体反应装置，其特征在于：其中，所述等离子反应的放电频率为0～60khz，放电电压为0～12kv，气体流速为50ml/min。4.根据权利要求1所述的一种dbd等离子体反应装置，其特征在于：其中，所述石英玻璃管外径为16mm，内径为14mm，长为200mm。5.根据权利要求1所述的一种dbd等离子体反应装置，其特征在于：其中，所述内电级组件总长为290mm，所述内电极长为100mm。6.一种转化co2的等离子体系统，其特征在于，包括：dbd等离子体反应装置，用于通入co2和h2进行等离子反应从而生成ch4；以及电源，用于给所述dbd等离子体反应装置提供电能；其中，所述dbd等离子体反应装置为权利要求1
?
5中任意一项所述的dbd等离子体反应装置。7.根据权利要求6所述的一种转化co2的等离子体系统，其特征在于，还包括：电解水设备，所述电解水设备用于通过电解水过程生成h2，所述电源还用于给所述电解水设备提供电能。8.根据权利要求6所述的一种转化co2的等离子体系统，其特征在于：其中，所述电源为太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能转化器以及蓄电池，所述太阳能转化器用于在室外吸收太阳能并生成电能，所述蓄电池用于储存所述太阳能转化器生
成的电能。
技术总结
本发明提供了DBD等离子体反应装置，具有这样的特征，包括支架；石英玻璃管，用于容纳等离子体反应的反应物，以及充当等离子体反应的阻挡介质；两个密封装置，分别与石英玻璃管的两端相连，用于对石英玻璃管进行密封，并放置在支架上；内电极组件，包括内电极以及两根分别连接在内电极两端的连接杆，内电极设置在石英玻璃管内，连接杆穿设在石英玻璃管以及密封装置上，内电极通过连接杆与电源正极连接；外电极，设置在石英玻璃管外壁上，长度与内电级的长度相等且位置对应，与电源负极连接，用于与内电极产生电场从而进行等离子体反应；进气口，设置在一个密封装置上，用于通入反应物；以及出气口，设置在另一个密封装置上，用于输出生成物。生成物。生成物。
技术研发人员：丁红蕾 邱凯娜 潘卫国 周柒 杜威 穆啸天 马骏驰 张凯
受保护的技术使用者：上海电力大学
技术研发日：2021.03.05
技术公布日：2021/6/24
声明：
“DBD等离子体反应装置及转化CO2的等离子体系统” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：上海电力大学
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2024年08月01日 ~ 03日 
