纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体合成氨工艺条件优化

氨(NH3)作为重要的化工原料对农业及国计民生发展有直接影响.工业合成氨需高温高压、能耗高和污染重.低温等离子体技术是一种可持续,有潜力的合成氨途径,已成为国内外研究热点.本工作以氮气和氢气为原料,在低温常压下采用纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体合成氨,通过单因素实验系统研究脉冲峰值电压、脉冲重复频率、气体总流量、N2和H2体积比(V(N2)∶V(H2))等因素对合成氨速率及能量产率的影响规律.进一步通过正交实验评价确定影响合成氨反应速率因素的主次顺序为:脉冲峰值电压＞脉冲重复频率＞气体体积比＞气体总流量.影响合成氨能量产率因素的主次顺序为:脉冲峰值电压＞气体体积比＞脉冲重复频率＞气体总流量.结合两部分实验,最终得到合成氨的优选条件:脉冲峰值电压16 kV、脉冲重复频率6 kHz、脉冲上升沿100 ns、V(N2)∶V(H2)=1∶1、气体总流量200 mL/min.此时NH3合成速率最高为923.08 μmol/h,能量产率为0.30 g/kWh.