Niet-evenwicht Magnetron Plasma voor efficiënte hoge temperatuur chemie

Het algemene doel van dit experiment is om stabiele moleculen zoals kooldioxide, stikstof, methaan of water om te zetten of te activeren met behulp van een microgolfplasmareactor. Deze methode kan worden gebruikt om de energie en convergente efficiëntie van de microgolfplasmareactor te meten. Deze metingen kunnen worden gebruikt om de reactorcondities te optimaliseren en de efficiëntie te verbeteren.

Het belangrijkste voordeel van de plasmastromende reactor is dat de opstarttijden voor het aansturen van continue chemische processen in de orde van seconden zijn. De thermische evenwichtsaard van de microreactor maakt efficiënties mogelijk boven de thermodynamische evenwichtslimiet van 55%, wat de hoogste efficiënties zijn die haalbaar zijn met standaard thermische conversie. Om te beginnen met het opzetten van het microgolfplasmasysteem, sluit een microgolfmagnetron van één kilowatt aan op een vermogensisolator met een aangesloten waterlading.

Verbind de isolator met een drie-stub-tuner. Bevestig een microgolfapplicator aan de tuner, plaats een schuifkorting richting de 24 millimeter opening tot aan het uiteinde van de golfgeleider. Plaats een snoerbuis in de applicator en verbind de buis met kf- en vacuümflens en een zachte gasinlaat van tien.

Verbind naar de buis, een smoorklep in serie met een vacuümpomp. Verbind een snelkoppelingsklep parallel aan de smoorklep om tussen lage en hoge druk te schakelen. De snelkoppelingsklep kan worden gebruikt om naar lage druk te gaan voor plasma-ontsteking zonder de smoorklepinstelling te veranderen.

Verbind de kooldioxidebron op de gasinlaat via een massastroomregelaar. Schakel vervolgens het waterkoelsysteem van de magnetron in. Zorg ervoor dat de stralingsmonitor en de gasdetector rond de microgolfplasma-assemblage zijn geplaatst.

Controleer of de reactorcondities geschikt zijn voor plasma-ontsteking, verhoog vervolgens handmatig het bronvermogen totdat het plasma ontsteekt. Pas de drie-stub-tuner aan om het gereflecteerde vermogen te minimaliseren. Schakel vervolgens het plasma uit.

Monteer vervolgens een 532 nanometer laser met de straal gericht langs de buis van de kabel. Monteer Brewster- of antireflectie-vensters gecoat voor 532 nanometer bij de ingang en uitgang van de buis. Richt de laser uit en bouw de stralingsdemper aan het einde van de vacuümopstelling.

Richt de laser op het midden van de golfgeleider en druk de reactor vervolgens onder CO2-gas tot een hogere druk dan die zal worden gebruikt bij de meting. Als er laserafbraak optreedt, verlaag dan het laservermogen. Installeer afschermingen in de vacuümbuizen, monteer een lens in lijn met een 24 millimeter opening in de schuifkorting en focus het verzamelde licht op een optisch vezel met een diameter van 400 micrometer.

Gebruik de vezel om het licht naar de ingangssleuf van een aangepaste spectrometer te leiden en meet de intensiteit van het verstrooide licht. Herhaal de meting over een reeks afnemende druk en controleer of de drukintensiteitrelatie lineair is. Pas de spectrometer aan om de gemeten intensiteiten te maximaliseren.

Verbind de cel in serie met de gasuitlaat en monteer het calciumfluoride venster aan beide uiteinden van de cel. Plaats de cel in een steekproefkamer van een FTIR-spectrometer met de calciumfluoride vensters in lijn met de IR-straal. Gebruik een voldoende lange buis om ervoor te zorgen dat het gas in de cel in chemisch evenwicht zal zijn.

Pas de FTIR-signaalversterking aan totdat de intensiteit zo dicht mogelijk bij het maximum ligt zonder het te overschrijden. Bekijk het interferogram en schakel vervolgens de gasstroom uit en evacueer de cel. Verkrijg een achtergrondspectrum.

Vervolgens drukt u het systeem onder CO2-gas tot ongeveer één millibar en ontsteekt het plasma. Verkrijg een spectrum over een bereik van 2.400 tot 2.000 reciproque centimeters met behulp van 10 gemiddelden. Bepaal de koolmonoxidevolumefractie door de HITRAN-database te gebruiken om de gemeten CL-lijnen aan te passen.

Wanneer u spectra past, zorg ervoor dat de instrumentfunctie wordt toegepast om het transmissiespectrum te zijn, niet het absorberende spectrum. Neem de drukinstantie van CO, broline door CO2 op, inclusief alleen zelfverbreding, wat resulteert in fouten tot 20% om NC2 FTIR-metingen uit te voeren, past u een saffierbuis in een golfgeleider met een verticaal uitgelijnd vacuümsysteem. Plaats een FTIR-spectrometer zodat de golfgeleider zich in de steekproefkamer bevindt en bedek de wanden van de kamer met microgolfabsorberend materiaal.

Stel de FTIR in om minimaal 100 gemiddelden te gebruiken om schommelingen in het plasma te verminderen. Verkrijg een spectra over een bereik van 2.400 tot 1.800 omgekeerde centimeters. Corrigeer de spectra voor de temperatuurafhankelijke absorptie van saffier voor analyse.

De CO-conversie bleek lineair toe te nemen met het ingangsvermogen over een reeks druk bij een vaste stroomsnelheid van 14 SLM. De lineaire relatie verminderde bij hogere drukken, het plasma bleek CO2 om te zetten in CO met een energie-efficiëntie van maximaal 49%, wat vergelijkbaar is met de maximale thermodynamische efficiëntie. CO-conversie nam lineair toe met specifieke energie tot ongeveer 2,2 elektronvolt per molecuul.

CO-concentratie werd gemeten door IR-absorptiespectroscopie van het gasafvoer. Er werd een kleinste kwadratenaanpassing toegepast op de FTIR-gegevens, resulterend in een berekende conversie van 14,7% bij 299,36 Kelvin, de gastemperatuur van het plasmacentrum, werd bepaald uit NC2 Rayleigh-verstrooiingsmetingen, genomen bij verschillende vermogens en drukken. Het effect van Thomson's verzamelen werd berekend als verwaarloosbaar op basis van de differentiële doorsneden voor Rayleigh en Thomson's verzamelen en de voorspelde ionisatiegraad.

De NC2 FTIR-metingen werden uitgevoerd onder omstandigheden waarin CO-productie verwaarloosbaar was en opnieuw gebruikt om de CO2-plasmadynamica te onderzoeken, werd een model op basis van de hoge trend-implicatie-programmeerinterface toegepast om de trillingstemperaturen te bepalen die overeenkomen met de normale trillingsmodi. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een stromende micro