非热等离子体强化Cu催化CO2加氢制甲醇机理探索
陈玉民1
董永恒2
史承静2
孙龙坤2
朱丙鑫2
李冰2
刘洋1
周怀春1
1.中国矿业大学低碳能源与动力工程学院,江苏徐州 221116;江苏省智慧能源技术与装备工程研究中心,江苏徐州 2211162.中国矿业大学低碳能源与动力工程学院,江苏徐州 221116
摘要：CO2 耦合绿氢制甲醇可同时实现CO2 规模转化利用和绿氢储存,甲醇可作为绿色低碳燃料或工业平台产品大规模应用,对推动碳捕集、利用与封存(CCUS)技术进一步发展具有重要意义.非热等离子体(NTP)能在温和条件下活化CO2 进行加氢反应,耦合催化剂后可实现甲醇等特定产物定向调控,但其反应机理亟待明确.基于此,结合介质阻挡放电(DBD)实验与连续脉冲等离子体反应动力学模拟,对NTP强化Cu/γ-Al2O3 催化CO2 加氢制甲醇反应机理和过程耦合规律进行研究.实验证明,NTP与 10%Cu/γ-Al2O3 耦合可在 80℃、0.1 MPa下实现 18.74%CO2 转化率和36.28%CH3OH选择性.放电参数在线监测和原位发射光谱(OES)测量结果表明,耦合Cu/γ-Al2O3 后局部放电增强,使得平均电子能量和密度增加促进CO、H生成并参与表面反应而消耗,导致光谱强度减弱.进一步由敏感性和 ROP分析发现,NTP中 H、CO等活性物质通过CO2(S)+H→COOH(S)、CO+H(S)→HCO(S)、CO(S)+H→HCO(S)、CH3O(S)+H→CH3OH(S)等 E-R反应替代对应高能垒L-H反应促进甲醇高效生成.分析反应路径得出,甲酸盐(HCOO*)路径是Cu/γ-Al2O3 表面甲醇生成主要路径,其中反应CH3O(S)+H(S)→CH3OH(S)+Cu(S)是最大限速步,RWGS+CO氢化路径中通过 CO2(S)→COOH(S)→CO(S)路线生成 CO(S)并快速脱附为降低CH3OH选择性重要因素.不确定性分析表明,虽然提高CO2 吸附速率可有效提高其转化率,但当H(S)不足时反而会增加CO选择性,最优CO2 和H2 吸附速率比为γ(H2)/γ(CO2)=7～8;提高CO(S)吸附稳定性并增强H2 电子碰撞解离以促进H生成,可提高CO(S)→HCO(S)、CH3O(S)→CH3OH(S)等速率,协同实现27.4%、51%的CO2 转化率和CH3OH选择性.
关键词：等离子体催化CO2加氢绿色甲醇动力学计算发射光谱
分类号：TQ223(基本有机化学工业)
资助基金：国家自然科学基金(52376218)国家重大科研仪器研制资助项目(51827808)中央指导地方科技发展专项资金资助项目(ZYYD2024JD22)
论文发表日期：2024-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 4276-4294 )
英文信息