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正丙醇溶液辉光放电等离子体电解及固相产物研究

作　者: 周传华
导　师: 陈砺
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 辉光放电等离子体电解正丙醇活性物种光发射光谱
分类号: O646.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

等离子体的应用涉及物理、化学、工程等各个领域,长期以来一直是众多理论和实验研究的课题。辉光放电是产生低温等离子体的重要来源,在材料的表面改性、制氢、诱发或增强化学反应、直接或间接生成新物质、沉积碳膜等方面有着重要的应用,但辉光放电的电解机理和等离子体的具体化学行为还不是很清楚。本论文以正丙醇溶液为研究对象,对辉光放电等离子体电解(glow discharge plasma electrolysis,GDPE)过程进行分析。辉光放电电解过程能够产生稳定的等离子体。正丙醇溶液的GDPE电流电压特性曲线与水溶液、甲醇溶液和乙醇溶液GDPE电流电压特性曲线的相似。正丙醇溶液GDPE过程中电子是引发正丙醇分子等离子体化学反应的主要高能粒子,正丙醇分子在等离子体场内与高能粒子碰撞激发,产生大量活性粒子,各种活性粒子进一步反应生成各种产物。利用光发射光谱对正丙醇溶液GDPE过程进行分析:(1)研究正丙醇溶液GDPE过程活性物种的分布情况。(2)分析等离子体场内测得的活性物种的来源,产生过程及电子参数。通过气相色谱和气质联用仪分析正丙醇溶液GDPE阴极和阳极放电产物,研究发现:不同电压下,放电极性对正丙醇溶液GDPE产物无明显影响,主要差别在于阴极放电有固相产物生成,而阳极放电过程中未出现固相产物。当正丙醇的浓度低于75%时未出现苯、甲苯和固相产物。结合分子键能理论对电解主要产物进行分析。与甲醇和乙醇溶液GDPE产物比较可以发现:不同低碳醇GDPE气相主要产物都是H2、CO、CO2和烷烃。随着醇碳链的增长,溶液中逐渐出现了固相产物。本论文利用X射线光电子能谱、激光拉曼光谱和傅里叶红外光谱对正丙醇溶液中出现的固相产物进行分析,研究不同放电条件对固相产物的影响,结果发现固相产物的生成量随着正丙醇溶液浓度、放电电压和放电时间的增加而增加。放电电压和放电时间影响固相产物中sp2、sp3杂化碳的相对含量。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-28
  1.1 等离子体概述  12-14
    1.1.1 等离子体概念及分类  12-13
    1.1.2 等离子体的化学反应历程  13-14
  1.2 辉光等离子体  14-16
    1.2.1 辉光放电等离子体电解的概念  14-15
    1.2.2 辉光放电等离子体电解的研究现状  15-16
  1.3 辉光等离子体诊断方法  16-20
    1.3.1 光谱法  16-19
    1.3.2 其他等离子体诊断方法  19-20
  1.4 碳的存在形式及其研究方法  20-23
    1.4.1 碳的存在形式  20
    1.4.2 碳的研究方法  20-23
  1.5 本论文的研究背景、研究内容和意义  23-28
    1.5.1 论文的研究背景  23-26
    1.5.2 研究的主要内容  26
    1.5.3 选题的意义  26-28
第二章实验材料与方法介绍  28-39
  2.1 实验装置  28-29
  2.2 实验流程  29-30
  2.3 实验原料与试剂  30
  2.4 实验设备及检测仪器的选择  30-37
    2.4.1 辉光放电电源  31
    2.4.2 数据采集系统  31-32
    2.4.3 光发射光谱仪  32-33
    2.4.4 气相色谱仪和气质联用仪  33-35
    2.4.5 激光拉曼光谱仪  35
    2.4.6 傅里叶红外光谱仪  35-36
    2.4.7 X 射线光电子能谱仪  36-37
  2.5 测试方法与样品处理  37
    2.5.1 固相产物的预处理  37
    2.5.2 电解液电导率的分析  37
  2.6 正丙醇溶液GDPE 方法介绍  37-38
  2.7 本章小结  38-39
第三章正丙醇溶液GDPE过程分析  39-61
  3.1 正丙醇溶液GDPE 电流电压特性  39-41
    3.1.1 正丙醇溶液GDPE 电流电压特性  39-41
    3.1.2 低碳醇 GDPE 电流电压特性的比较  41
  3.2 正丙醇溶液GDPE 活性物种检测  41-54
    3.2.1 正丙醇溶液GDPE 活性物种  42-51
    3.2.2 正丙醇溶液GDPE 中的电子参数  51-54
  3.3 正丙醇溶液GDPE 主要产物分析  54-59
    3.3.1 正丙醇溶液GDPE 主要产物  54-56
    3.3.2 正丙醇溶液GDPE 主要产物分析  56-58
    3.3.3 低碳醇溶液GDPE 主要产物比较分析  58-59
  3.4 本章小结  59-61
第四章正丙醇溶液GDPE固相产物分析  61-71
  4.1 影响固相产物生成量的因素  61-63
    4.1.1 正丙醇浓度对固相产物生成量的影响  61
    4.1.2 放电参数对固相产物生成量的影响  61-62
    4.1.3 溶液性质对固相产物生成量的影响  62-63
  4.2 固相产物的组成和结构分析  63-66
    4.2.1 X 射线光电子能谱分析  63-64
    4.2.2 激光拉曼光谱分析  64-65
    4.2.3 傅里叶红外光谱分析  65-66
  4.3 放电参量对固相产物结构  66-70
    4.3.1 放电电压对固相产物组成结构的影响  66-69
    4.3.2 放电时间对固相产物组成结构的影响  69-70
  4.4 本章小结  70-71
结论  71-72
建议  72-73
参考文献  73-80
攻读硕士学位期间取得的研究成果  80-81
致谢  81

正丙醇溶液辉光放电等离子体电解及固相产物研究

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