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摘 要

因为现代化工业的不断发展导致CO₂急剧增长，所以人们开始重视现代化进程中CO₂过量排放造成的危害。如今，如何使CO₂得到利用从而减轻其对地球环境的影响成为一个大课题。在这个前提下，等离子体分解CO₂进入人们的视野。本文为提高介质阻挡放电分解CO₂的效率，建立了两种带水冷的同轴DBD装置：一种采用外电极水冷一种采用内电极水冷。通过示波器、相机、热成像仪等仪器，得到它们的电气特性、发光特性和温度特性。并通过气相色谱仪对反应产物进行分析，得到其反应物转化率、产物产率、选择性和能量效率。将这些数据和非水冷同轴DBD装置对CO₂的分解性能进行比较。

结果表明，在相同放电功率下，非水冷同轴DBD装置对CO₂的分解性能低于带水冷的DBD装置。而在两种带水冷的实验装置之间进行比较，可以发现，内电极水冷装置的分解性能在相同放电功率下优于外电极水冷装置。

关键词：CO₂ 介质阻挡放电 水冷 等离子体

Effect of Electrode Cooling on Dielectric Barrier Discharge Assisting CO₂ Decomposition Performance

Abstract

With the development of modern industry, the emission of CO₂ is increasing day by day. However, as people pay more and more attention to the current situation of environmental protection, the harm caused by excessive CO₂ emissions is valued. Today, how to make use of CO₂ to reduce its impact on the global environment has become a major issue. Under this premise, plasma decomposes CO₂ into people's field of vision. In order to improve the efficiency of dielectric barrier discharge to decompose CO₂, two kinds of water-cooled coaxial DBD devices have been established: one using external electrode water cooling and one using internal electrode water cooling. Through oscilloscopes, thermal imaging instruments and other instruments, get their electrical characteristics, light characteristics and temperature characteristics. The reaction product was analyzed by gas chromatography to obtain its yield, conversion, selectivity and energy efficiency. These data were compared to the CO₂ decomposition performance of a non-water cooled coaxial DBD device.

The results show that the CO₂ decomposition performance of non-water-cooled coaxial DBD devices is lower than that of water-cooled DBD devices at the same discharge power. Comparing the two experimental devices with water cooling, it can be found that the decomposition performance of the internal electrode water cooling device is superior to the external electrode water cooling device at the same discharge power.

Key words: CO₂; Dielectric barrier discharge; Water cooling; Plasma

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题提出的背景 1

1.2 CO₂的分解方法 1

1.2.1 高温热解· 1

1.2.2 电化学还原法 2

1.2.3 膜分解法 2

1.2.4 等离子体分解法 2

1.3 等离子体产生方法 3

1.3.1 辉光放电 3

1.3.2 电晕放电 3

1.3.3 介质阻挡放电 3

1.4 介质阻挡放电介绍 4

1.4.1 介质阻挡放电的基本结构 4

1.4.2 介质阻挡放电的影响因素 4

1.5 课题的研究现状和发展趋势 5

1.6 本论文的主要研究内容及意义 8

第二章 介质阻挡放电电路的设计和实验装置的建立 9

2.1 综述 9

2.2 实验装置及流程 9

2.2.1 放电特性诊断系统 10

2.2.2 产物检测和分析系统 10

2.2.3 反应器系统 10

2.3 带水冷的介质阻挡放电装置 11

2.3.1 外电极水冷实验装置 11

2.3.2 内电极水冷反应装置 11

2.4 反应效果的评价和指标 12

2.5 实验仪器和设备 13

第三章 不同水冷条件对同轴DBD辅助CO₂分解性能的影响 14

3.1 综述 14

3.2 非水冷条件下同轴DBD CO₂分解性能 14

3.2.1 电气特性 14

3.2.2 发光特性 16

3.2.3 温度特性 17

3.3 内电极水冷条件下同轴DBD CO₂分解性能 18

3.3.1 电气特性 18

3.3.2 发光特性 20

3.3.3 温度特性 20

3.4 外电极水冷条件下同轴DBD CO₂分解的性能 21

3.4.1 电气特性 21

3.4.2 发光特性 24

3.4.3 温度特性 24

3.5 本章小结 25

第四章 不同水冷条件对同轴DBD CO₂分解产物的影响 27

4.1 综述 27

4.2 非水冷条件下同轴DBD CO₂分解的产物分析 27

4.2.1 转化率 27

4.2.2 产率 28

4.2.3 选择性 28

4.2.4 能量效率 29

4.3 内电极水冷条件下同轴DBD CO₂分解的产物分析 30

4.3.1 转化率 30

4.3.2 产率 30

4.3.3 选择性 31

4.3.4 能量效率 31

4.4 外电极水冷条件下同轴DBD CO₂分解的产物分析 32

4.4.1 转化率 32

4.4.2 产率 33

4.4.3 选择性 33

4.4.4 能量效率 34

4.5 本章小结 35

第五章 总结 36

参考文献 38

,致谢 40

第一章 绪 论

1.1 课题提出的背景

自工业革命以来，人们对机器的依赖导致了化石燃料的大量开采和使用。这些化石燃料的燃烧，使大气中产生了大量的二氧化碳，过去几百年中，大气中二氧化碳的增加量高达31%，政府间气候变化专门委员会的第三次气候变化科学评估中提出各温室气体对全球气候变暖的贡献比例分别是：CO₂为60%，CH₄为20%，N₂O为6%，CF₁₁、CFC₁₂等为14%，可见二氧化碳对气候变暖的“贡献”最大，是造成温室效应的最主要气体^[5]。近年来，由于人类大量使用煤、石油、天然气等化石燃料，全球的二氧化碳迅速增加，这使得温室气体浓度增速有所提高，这大大加剧了温室效应的形成。而全球变暖也大大影响了人类的生活和产业的发展，也造成了极大的资源浪费。

根据国际能源署的部门划分，现如今电力与热力工业是中国CO₂排放最高的部门且所占比已近50%；制造业和建筑业位列第二是31.2%。目前，我国碳排放量最大的行业分别是：黑色金属冶炼业、化学原料及化学制造品业、非金属矿物制造业、电力煤气及水生产业、采掘业、石油加工及炼焦业、纺织业^[7]。

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