Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

Dirk van den Bekerom; Niek den Harder; Teofil Minea; Nicola Gatti; Jose Palomares Linares; Waldo Bongers; Richard van de Sanden; Gerard van Rooij

doi:10.3791/55066

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Chemistry

कुशल उच्च तापमान रसायन विज्ञान के लिए गैर-संतुलन माइक्रोवेव प्लाज्मा

Published: August 01, 2017

doi:

10.3791/55066

Dirk van den Bekerom, Niek den Harder, Teofil Minea, Nicola Gatti², Jose Palomares Linares, Waldo Bongers, Richard van de Sanden³, Gerard van Rooij³

¹Dutch Institute for Fundamental Energy Research, ²University of Trento, ³Eindhoven University of Technology

Summary

यह लेख एक बहते हुए माइक्रोवेव रिएक्टर का वर्णन करता है जिसका उपयोग सीओ ₂ , एन ₂ और सीएच ₄ जैसे स्थिर अणुओं के रूपांतरण / सक्रियण के लिए कुशल गैर-संतुलन रसायन विज्ञान को चलाने के लिए किया जाता है। यहाँ वर्णित प्रक्रिया का लक्ष्य सीटू गैस तापमान और गैस रूपांतरण को मापना है।

Abstract

गैर-संतुलन रसायन विज्ञान के कुशलतापूर्वक ड्राइविंग के उद्देश्य से विद्युत ऊर्जा को आंतरिक और / या स्थिर अणुओं में अनुवाद करने के लिए एक बहते हुए माइक्रोवेव प्लाज्मा आधारित पद्धति पर चर्चा की जाती है। एक बहती हुई प्लाज्मा रिएक्टर का लाभ यह है कि निरंतर रासायनिक प्रक्रिया सेकंडों के समय में स्टार्टअप समय की लचीलेपन से संचालित की जा सकती है। प्लाज्मा दृष्टिकोण सामान्य रूप से स्थिर अणुओं जैसे कि सीओ ₂ , एन ₂ और सीएच ₄ के रूपांतरण / सक्रियण के लिए उपयुक्त है। यहां CO ₂ से CO को कम करने के लिए एक मॉडल प्रणाली के रूप में उपयोग किया जाता है: पूरक निदान यह दर्शाता है कि बेसलाइन थर्मोडायनेमिक संतुलन रूपांतरण उच्च कंपन उत्तेजना से आंतरिक गैर-संतुलन द्वारा पार किया जा सकता है। लेजर (रेलेय) बिखरने का उपयोग रिएक्टर तापमान और फूरियर ट्रांसफ़ॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (एफटीआईआर) को मापने के लिए किया जाता है ताकि सीटू आंतरिक (कंपन) उत्तेजना और साथ ही इफरूपांतरण और चयनात्मकता को मॉनिटर करने के लिए लियून्ट संरचना

Introduction

इस पत्र में प्लाज्मा के तापमान और सीओ ₂ रूपांतरण को मापने के दौरान 1 किलोवाट तक बहते हुए माइक्रोवेव प्लाज्मा के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है।

जलवायु परिवर्तन की चिंता और स्थिरता के लिए परिणामस्वरूप जागरूकता ने नवीकरणीय ऊर्जा के वैश्विक हिस्से में लगातार वृद्धि की है। हालांकि, सौर और पवन ऊर्जा की आंतरायिक प्रकृति ऊर्जा प्रणाली पर जोर देती है और आगे की तैनाती को रोकती है। भंडारण (लंबी और अल्पावधि) और रूपांतरण ( जैसे , रासायनिक ईंधन में) को अवरोधन को कम करने और परिवहन जैसे अन्य क्षेत्रों में टिकाऊ ऊर्जा उपलब्ध कराने के लिए आवश्यक हैं। सीए जो रिएक्टर में उत्पादित की जाती है, जैसे कि मीथेन या तरल ईंधन के संश्लेषण के लिए फीडस्टॉक गैस के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। इनका उपयोग करके बिजली संयंत्रों को ईंधन दिया जा सकता है, फिर भी अक्षय ऊर्जा का तात्कालिक उत्पादन कम होने पर भी बिजली उत्पन्न हो सकती है। सीओ ₂ जो इन पीएलए में उत्पादित हैएनटीएस एक बंद पाश बनाता है ताकि कोई शुद्ध सीओ ₂ वायुमंडल में पेश किया जाए, जिससे यह एक साफ चक्र हो।

अगर सिस्टम स्विचन का समय ऊर्जा की आपूर्ति में उतार-चढ़ाव से छोटा हो, तो सिस्टम केवल अंतराल को कम कर सकता है। वर्तमान कॉन्फ़िगरेशन में, स्टार्टअप समय आदर्श टूटने की स्थिति के तहत शुरू करने और इष्टतम रूपांतरण स्थितियों के लिए ट्यून की आवश्यकता से निर्धारित होता है। सिद्धांत रूप में, यह इग्निशन द्वारा अन्य तरीकों से केंद्रित किया जा सकता है जैसे कि एक केंद्रित लेजर या स्पार्क प्लाज्मा भौतिकी की सीमाएं 0.1 एमएस के ऑर्डर पर हैं यह विशिष्ट वायुमंडलीय प्रभावों के टाइमकेल की तुलना में बहुत छोटा है, जैसे , सौर पैनल सरणी पर चलने वाले बादल। वर्तमान प्रणाली से स्थायी ईंधन उत्पादन की स्थापना में एक वास्तविक आवेदन के लिए एक्सट्रपोलिंग अभी भी एक लंबा शॉट है। आदर्श रूप से, 100-500 किलोवाट के माइक्रोवेव रिएक्टरों की एक श्रृंखला होगी, प्रत्येक एक सौर पैनल क्षेत्र या पवन टरबाइन से जुड़ा होगा, जो व्यक्तिगत री-स्विचऊर्जा आपूर्ति के अनुसार ctors

इस पत्र में सीओ ₂ , एन ₂ और सीएच ₄ जैसी स्थिर अणुओं के रूपांतरण / सक्रियण के आवेदन के लिए सामान्य रूप से एक प्लाज्मा दृष्टिकोण पर चर्चा की गई है। यहां, रासायनिक ईंधन संश्लेषण में पहला कदम के रूप में सीओ ₂ से CO की कमी के विशिष्ट उदाहरण के माध्यम से पेश किया गया है। बहते हुए माइक्रोवेव प्लाज्मा रिएक्टर अवरोधन समस्याओं को सुलझाने के लिए उपयुक्त है क्योंकि इसमें स्टार्टअप समय कम होता है और सस्ती सामग्री का उपयोग करके बनाया जा सकता है।

माइक्रोवेव प्लास्स में, फ्री प्लाज्मा इलेक्ट्रॉन्स माइक्रोवेव्स के ओसील्टिंग इलेक्ट्रिक फील्ड के साथ चलते हैं। बाद में ऊर्जा को टक्कर के माध्यम से भारी कणों (तटस्थ और ionized गैस प्रजातियों) में स्थानांतरित कर दिया जाता है। मास में उनके बड़े अंतर की वजह से, इस रिएक्टर मुख्य रूप से लोचदार टक्कर में में कुशल है। सबसे पहले, आयनीकरण है स्थिर स्थिति में, आयनाईकरण दर अनिवार्य रूप से रिकॉम के कारण नुकसान के बराबर होती हैbination। हालांकि, जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, ionization ऊर्जा सामान्य रूप से पृथक्करण ऊर्जा से काफी अधिक है, जो आयनाईकरण के माध्यम से पृथक करने के लिए स्वाभाविक रूप से अक्षम है। इसी तरह, इलेक्ट्रॉन प्रभाव पृथक्करण में 10 से अधिक ईवी ¹ की ऊर्जा सीमा शामिल है और यह भी स्वाभाविक रूप से अक्षम है। कारण यह है कि प्लाज्मा चरण अभी भी आणविक हदबंदी प्राप्त करने के लिए एक कुशल तंत्र है, जो कंपन मोड ² के कुशल उत्तेजना है।

माइक्रोवेव प्लाज्मा ^{3 के} लिए आम तौर पर कुछ ईवी के मतलब इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पर, कंपन उत्तेजना प्रमुख ऊर्जा हस्तांतरण मार्ग है। असममित खंड विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि यह अंतःक्रियात्मक collisions के माध्यम से उच्च स्तर के बीच ऊर्जा को तेजी से वितरित कर सकता है। तापमान के साथ ऊर्जा विनिमय दर बढ़ जाती है और बड़ा Δ ई के लिए घट जाती है, और यह बड़ी वजह हैओ कंपनल सीडर में एहर्मोनीसिटी और दो आसन्न कंपन मोड ⁴ में जुड़े छोटे ऊर्जा अंतर। उच्च कंपन के स्तर के ऊपर के पंपिंग, असंतुलन तक सभी तरह से जा सकते हैं, जिससे ऊर्जा कुशल पृथक्करण प्रतिक्रिया ^{5 हो सकती है} ।

सीओ ₂ में उच्च कंपन पम्पिंग एक ऐसी स्थिति में ले जाता है जहां उच्च कंपन मोड अधिक थर्मल संतुलन से अधिक आबादी वाले होते हैं, अंततः तथाकथित ट्रेनर वितरण ^{6 का} उत्पादन करते हैं। उच्च कंपन स्तरों की अधिक जनसंख्या प्राप्त करने की शर्त यह है कि कंपन-कंपन (वीवी) विश्राम दरें कंपन-अनुवाद (वीटी) छूट दर से बहुत अधिक हैं सीओ ₂ के असममित खंड मोड के लिए यह मामला है वीवी छूट दर में बढ़ती गैस के तापमान में कमी आई है, जबकि वीटी दरों में वृद्धि हुई है। चूंकि वीटी छूट से गैस बढ़ जाती हैतापमान, एक सकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र एक भगोड़ा वीटी छूट का उत्पादन कर सकता है, जिससे उच्च कंपन के स्तरों की अधिक जनसंख्या के विनाश का कारण हो सकता है। दूसरे शब्दों में, कम गैस का तापमान जोरदार गैर-तापीय वितरण के लिए अनुकूल है।

असल में, प्लाज्मा विभिन्न प्रजातियों और स्वतंत्रता की अपनी डिग्री के लिए अलग-अलग तापमान प्रदर्शित करेगा। कुछ ईवी के सामान्य इलेक्ट्रॉन तापमान पर, कंपन तापमान हजारों डिग्री सेल्सियस होगा, जबकि ट्रांसजनल (गैस) का तापमान एक हज़ार डिग्री सेल्सियस से नीचे रह सकता है। ऐसी स्थिति को मजबूत गैर-संतुलन के रूप में चिह्नित किया गया है और इसे रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए अनुकूल माना गया है।

ट्रांसलेशन गैस का तापमान, चूंकि यह ऊर्जा दक्षता के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, जिस पर प्लाज्मा रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चला सकता है, वह सही और स्थानिक समाधान निदान की मांग करता है। उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी आधार रेखा है तापमान निकालने के लिए प्लाज्मा भौतिकी में दृष्टिकोण उदाहरण के लिए, इष्टतम निदान के लिए दोषों का उपयोग करते हुए घूर्णी स्पेक्ट्रा का मूल्यांकन करना संभव है। हालांकि, यह हमेशा दृष्टि एकीकरण की रेखा शामिल है और इसलिए औसत। जैसा कि हम वर्तमान अख़बार में देखेंगे, तापमान ग्रिडियन्ट्स को ~ 4,000 के तक के उच्च केंद्रीय तापमान और ~ 500 के तट से निर्धारित किनारों के तापमान को खड़ी करना चाहिए। ऐसी परिस्थितियों में, स्थानीय मापन अमूल्य हैं

वर्तमान काम में, रेले बिखराव से स्थानीय घनत्व माप को आदर्श गैस कानून के माध्यम से तापमान का अनुमान लगाने के लिए दबाव माप के साथ जोड़ा जाता है। Rayleigh बिखरने माप एक नमूना मात्रा में एक उच्च शक्ति लेजर ध्यान केंद्रित करना जिसमें से सीओ ₂ अणुओं के बाध्य इलेक्ट्रॉनों पर फोटॉनों के लोचदार बिखरने का पता चला है। गैस तापमान रेलेई सिग्नल की तीव्रता से संबंधित है:

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यहाँ टी गैस का तापमान है, पी एक दबाव गेज द्वारा मापा दबाव है, मुझे मापा रेली तीव्रता है, डीसीआर / डी (टी) रेले का क्रॉस सेक्शन है और सी एक कैलिब्रेशन स्थिरांक है I चूंकि क्रॉस सेक्शन डीसीआर / डी (टी) प्रजाति पर निर्भर है, हम देखते हैं कि उच्च तापमान के लिए, जहां पृथक्करण महत्वपूर्ण है, कैलिब्रेशन स्थिर तापमान का फ़ंक्शन होता है। यह माना जाता है कि गर्म केंद्र में, केवल संतुलन रूपांतरण होता है, ताकि किसी दिए गए तापमान के लिए प्रजातियों की एकाग्रता की गणना की जा सके। इस तरह से, किसी को दिए गए तापमान के लिए प्रभावी क्रॉस सेक्शन की गणना कर सकते हैं, जो रेले की तीव्रता की गणना करने के लिए उपयोग किया जाता है, जो तापमान ⁷ की सीमा के लिए मापा जाता है। तापमान के एक समारोह के रूप में यह प्रभावी पार अनुभाग चित्रा 1 में दिखाया गया है </st रोंग>।

प्लाज्मा रूपांतरण का प्रदर्शन एफटीआईआर के माध्यम से निर्धारित किया जाता है। यह सीओ _{2 में} कमी के वर्तमान मामले में माना जाता है कि प्लाज्मा में शुद्ध प्रतिक्रिया है:

यह एक एकल रूपांतरण कारक α का उपयोग करने की अनुमति देता है, जो सीओ मात्रा अंश से संबंधित है

,

जो एफटीआईआर-स्पेक्ट्रा में सीओ और सीओ ₂ के वर्णक्रमीय हस्ताक्षर से अनुमानित सांद्रता से होता है। हम ध्यान दें कि एफईटीआईआर द्वारा निर्धारित प्रभावी रूपांतरण वाले कारक से रेली का पार अनुभाग आसानी से नहीं लगाया जा सकता है। समग्र रूपांतरण न केवल केंद्रीय रिएक्टर तापमान द्वारा निर्धारित किया जाता है बल्कि यह भी कि गैस तापमान के वास्तविक रेडियल प्रोफाइल में सूक्ष्मता द्वारा।

Ove_content "> वर्तमान पत्र माइक्रोवेव प्लाज्मा के रासायनिक गैस रूपांतरण के लक्षण वर्णन के लिए हमारे प्रस्तावित नैदानिक योजना का विवरण देता है और चयनित संयों के साथ अपनी संकाय को दिखाता है। मूल्यांकन के तहत रिएक्टर के लिए गैस प्रवाह, दबाव और माइक्रोवेव शक्ति के संदर्भ में पूर्ण पैरामीटर स्कैन करता है ⁷ ^, ⁸ ^, ⁹

Protocol

नोट: सेटअप के एक योजनाबद्ध संस्करण के लिए, चित्र 2 देखें। 1. माइक्रोवेव प्लाज्मा प्रायोगिक लेआउट 1 किलोवाट मेग्नेट्रॉन को जल संचयन के साथ प्रसारित करने के लिए कनेक्ट करें। एलायलेटर को तीन-स्टब ट्यूनर से कनेक्ट करें जो कि प्लाज्मा को तरंगग्राही के प्रतिबाधा मिलान के लिए उपयोग किया जाता है। तीन स्टब ट्यूनर के साथ आवेदक संलग्न करें और वाइजगैड के अंत में एक स्लाइडिंग कम जोड़ें। Applicator के छेद में एक 17 मिमी या 27 मिमी भीतरी व्यास क्वार्ट्ज ट्यूब रखें। नोट: माइक्रोवेव इस ट्यूब में निहित सीओ 2 गैस में फैल रहे हैं। क्वार्ट्ज ट्यूब को केएफ-फ्लैजेस और एक गैस इनलेट से कनेक्ट करके वैक्यूम सेटअप को पूरा करें। 27 मिमी क्वार्ट्ज ट्यूब के लिए 17 मिमी क्वार्ट्ज ट्यूब और केएफ -40 के लिए केएफ -16 का उपयोग करें। एक स्पर्श प्रवाह को प्रेरित करने के लिए एक स्पर्शरेखा गैस प्रवेश का प्रयोग करें, जो दीवारों को छूने से गर्म प्लाज्मा को रोकता है। कनेक्शनवैक्यूम पंप के साथ श्रृंखला में टा थ्रॉटल वाल्व; यह पंपिंग की गति को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करके 5 एम्बर से वायुमंडलीय दबाव के दबाव में बदलाव के लिए अनुमति देता है। थ्रोल्टल वाल्व के समानांतर, थ्रॉटल वाल्व के दबाव सेटिंग को खोए बिना कम दबाव (प्लाज्मा के प्रज्वलन की आवश्यकता होती है) और उच्च दबाव के बीच स्विच करने के लिए एक शॉर्टकट वाल्व कनेक्ट करें। गैस इनलेट में बड़े पैमाने पर प्रवाह नियंत्रक से कनेक्ट करें ताकि गैस प्रवाह को 0.5 और 10.0 एसएलएम के बीच विनियमित किया जा सके। प्लाज्मा शुरू करने से पहले मैग्नेट्रोन के पानी के शीतलन को चालू करें। सुरक्षा प्रणालियों को सक्षम करना सुनिश्चित करें, जैसे कि आवारा माइक्रोवेव विकिरण की निगरानी के लिए विकिरण मीटर और आसपास के सीओ, एच 2 या एन एक्स सांद्रता की निगरानी के लिए एक गैस डिटेक्टर। इन सुरक्षा प्रणालियों प्रयोगों के दौरान आवश्यक हैं। स्रोत की शक्ति स्तर को मैन्युअल रूप से बदलकर और अधिक से अधिक शक्ति में वृद्धि करके शक्ति को चालू करें। पीएल को समायोजित करेंयह आगे और पीछे थोड़ा आगे बढ़कर बेकार हो जाता है, जबकि लगातार परावर्तित शक्ति कम होने पर निगरानी रखती है प्रतिबिंबित शक्ति को कम करने का लक्ष्य तीन-स्टब ट्यूनर को तब तक बदल दें जब तक कि प्रतिबिंबित शक्ति कम न हो। यदि एक नेटवर्क विश्लेषक उपलब्ध है, तो Leinz 10 द्वारा रिपोर्ट की गई प्रक्रिया का पालन करें नोट: वैक्यूम और माइक्रोवेव सिस्टम को चित्रा 3 ए में देखा जा सकता है। 2. रेले बिखराव नैदानिक के ऑप्टिकल लेआउट 532 एनएम एनडी संरेखित करें: दर्पण के उपयोग के साथ YAG लेजर बीम जैसे कि यह सेटअप अक्षीय रूप से प्रवेश करता है लेजर में 10 हर्ट्ज दोहराव दर और 600 एमजे प्रति पल्स की अधिकतम शक्ति है। रिएक्टर के विपरीत पक्षों (प्रवेश और निकास) पर खिड़कियां माउंट करें अत्यधिक आवारा प्रकाश को रोकने के लिए 532 एनएम के लिए लेपित प्रति-प्रतिबिंब (एआर) वाले विंडो का उपयोग करें। वैकल्पिक रूप से, ब्रूस्टर विंडो को बाहरी बीम डंप के साथ संयोजन में उपयोग करें। प्रारंभउपयोगकर्ता मैनुअल ( सामग्री की तालिका देखें) का पालन करके लेजर कम आउटपुट पावर प्रोग्राम का उपयोग करके लेजर को संरेखित करें। 0 μ की एक क्यू-स्विच विलंब के साथ शुरू करें ताकि कोई हल्का आउटपुट उत्पन्न न हो। तब तक 5 μ के चरणों में देरी बढ़ाएं, जब तक कि प्रकाश आउटपुट दिखाई नहीं दे रहा है। अगर बीम बहुत उज्ज्वल है, तो "पर्याप्त" चमक प्राप्त करने के लिए 1 μ के चरण में नीचे जाना, यानी सबसे कम शक्ति जिस पर किरण की जगह अभी भी दिखाई दे रही है बाहरी बीम-डंप पर किरण को डंप करने के लिए, वैक्यूम प्रणाली के लेजर बीम निकास पक्ष में दूसरी एआर-लेपित विंडो को माउंट करें। वैकल्पिक रूप से, खिड़की के बजाय, एक वैक्यूम बीम डंप माउंट करें। सेटअप का एक योजनाबद्ध संस्करण चित्रा 2 में देखा जा सकता है। नोट: खिड़की के उन्मूलन के कारण प्लाज्मा डिस्चार्ज क्षेत्र में भटकाव की रोशनी कम हो जाती है, जो कि रेलेय बिखरने वाले सिग्नल स्तर को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। 2.4 की फोकल दूरी के साथ एक लेंस रखेंबीम पथ में मीटर, प्रवेश द्वार के ठीक पहले, लेजर को तरंगग्राइड के केंद्र पर केंद्रित करने के लिए। लंबे फोकल दूरी रेले बिखराव संग्रह क्षेत्र में आवारा प्रकाश को कम कर देता है। लेंस को बिजली के घनत्व को कम करने के लिए खिड़की के करीब होने के लिए खिड़की को बंद करें ताकि यह खिड़कियों के नुकसान सीमा से कम हो। नोट: विशेष रूप से लेजर फ़ोकस में गैस में लेजर टूटने को रोकें। लेजर पर ध्यान केंद्रित करने के बाद, मापा जाने के दबावों के ऊपर दबाव में रिएक्टर में CO 2 का प्रवाह। यदि कोई लेजर टूटने का निरीक्षण नहीं किया जा सकता है, तो निचले दबावों और उच्च तापमान पर ऐसा नहीं होगा जहां माप हो, क्योंकि प्रजातियों की घनत्व बहुत कम हो जाएगी। अगर एक जोर से धड़कता हुआ शोर दृश्य नीले चमक के साथ सुना है, लेजर शक्ति कम। वैक्यूम ट्यूबों के अंदर नियमित रूप से दूरी की थक्कों को स्थापित करने के लिए प्रवेश द्वार पर बिखराव के कारण प्लाजा डिस्चार्ज क्षेत्र में आवारा प्रकाश स्तर को और कम करना <suP वर्ग = "xref"> 11 लेजर बीम के लिए ऑप्टिकल एक्सेस सीधा के लिए 24 मिमी व्यास एपर्चर वाला एक सवार तैयार करें। सीमित एपर्चर का आकार महत्वपूर्ण माइक्रोवेव विकिरण नुकसान को रोकता है। 3. ऑप्टिकल सेटअप – जांच शाखा एक लेंस (एफ = 100 मिमी, 51 मिमी व्यास) को रिएक्टर पर सीधा रखें और छिद्र में छेद के माध्यम से बिखरे हुए प्रकाश को इकट्ठा करें जैसा चित्रा 3 ए में दिखाया गया है। एक 400 माइक्रोन व्यास ऑप्टिकल फाइबर पर प्रकाश को फोकस करें और लेंस छवि में उसे स्थान दें। नोट: फाइबर 26 मिमी मिमी की एक इनपुट ऊंचाई और 40 मीटर की लंबाई के साथ 59 जुड़े हुए सिलिका फाइबर की एक रैखिक सरणी में स्थित हैं स्पेक्ट्रोमीटर को प्रकाश के मार्गदर्शन के लिए फाइबर का उपयोग करें नोट: यहां प्रकाश की चौड़ाई, जो 10 माइक्रोन तक ट्यून करने योग्य है, के साथ प्रवेश द्वार के टुकड़े पर प्रकाश की जाती है। संग्रह प्रकाशिकी के विस्तार में लगभग 2 की एक अक्षीय पहचान सीमा होती है0 मिमी एक स्पेक्ट्रोमीटर का इस्तेमाल सी -2 हंस उत्सर्जन को छानने के लिए किया जाता है। यदि experimenter केवल Rayleigh बिखराव में दिलचस्पी है, तो एक उपयुक्त bandpass फ़िल्टर भी इस उद्देश्य के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। उस स्थिति में, 3.3 से 3.6 के चरणों को छोड़ दिया जा सकता है। वर्णक्रमीय फिल्टर पूरी तरह से ऑप्टिकल सेटअप को सरल बनाने के साथ लेजर पल्स के साथ और बिना मापा प्रकाश तीव्रता की तुलना करके समाप्त किया जा सकता है। यदि मोनोक्रोमेटर समाप्त हो जाता है, तो थॉमसन या रमन बिखराव को मापने के लिए संभव नहीं है, जिसके लिए वर्णक्रमीय समाधान की आवश्यकता है। एक स्पेक्ट्रोमीटर (निर्माण में घर) का प्रयोग करें ताकि बड़े पैमाने पर बिखरे हुए प्रकाश का समाधान किया जा सके। नोट: जैसा कि चित्रा 2 में देखा जा सकता है, स्पेक्ट्रोमीटर में प्रवेश द्वार के टुकड़े, स्टीयरिंग मिरर, लिट्रो लेंस, डिस्पेरिव झंझरी, इमेज इन्सेंसिफायर, फोकस लेंस, और सीसीडी कैमरा शामिल हैं। स्पेक्ट्रोमीटर के अंदर, एक दर्पण रखें जिससे आने वाली रोशनी को वायुसेना के साथ लिट्रो लेंस पर प्रतिबिंबित किया जा सके0.3 मीटर की ओकॉल दूरी और 80 मिमी का व्यास नोट: स्पेक्ट्रोमीटर 'लिट्रो' कॉन्फ़िगरेशन में है, जिसका अर्थ है कि घटना और फैलते हुए प्रकाश में सामान्य समानता के समान कोण है। नतीजतन, एक ही लेंस का इस्तेमाल आने वाली रोशनी को मिलाकर करने के लिए किया जाता है और इमेजिंग डिटेक्टर पर प्रकाश फैलता है। उचित तरंगदैर्ध्य रेंज को ट्यून करने के लिए रोटेशन चरण पर विवर्तन झंझट को घुमाएं। एनडी के लिए: YAG लेजर, यह आम तौर पर 524 और 540 एनएम के बीच होता है। झंझरी 11 x 11 सेंटीमीटर 2 है और 1200 मिमी -1 की एक घनत्व है, जिसे पहले क्रम विवर्तन के लिए अनुकूलित किया गया है। यह 0.027 एनएम / पीएक्स के एक संकल्प का परिणाम है चित्रा 3 बी झंझरी और लिट्रो लेंस की एक तस्वीर दिखाता है। नोट: उच्च आर्डर के परिणामस्वरूप झंझरी में कई स्थानों की छवि होगी; सुनिश्चित करें कि केवल 1 अधिकतम छवि intensifier पर समाप्त होता है बनाते हैं। छवि को दो लेंस को तेज करें Iएक सीसीडी-कैमरा पर चित्रा ( चित्रा 3 सी )। आवारा प्रकाश योगदान को बढ़ाएं 60 एम्बार के दबाव में नीचे पंप और बिखरे तीव्रता को मापें। दबाव कम करें और तीव्रता को फिर से मापें इसे फिर से दोहराएं जब तक कि किसी भी दबाव को कम नहीं किया जा सकता। तीव्रता बनाम दबाव की साजिश करते हुए, सुनिश्चित करें कि एक रेखीय संबंध है। रेखीय समारोह को शून्य दबाव में एक्सट्रपलाएट करें। नोट: चूंकि कोई रेलेय बिखरने शून्य दबाव में नहीं हो सकता, इसलिए अवरोधन की तीव्रता भटकाई का स्तर है। इस प्रक्रिया का परिणाम चित्रा 4 में दिखाया गया है। सीसीडी द्वारा दर्ज की गई तीव्रता को अनुकूलित करने के लिए छवि तीव्रता के गैटिंग पैरामीटर को समायोजित करें। एक गेट पल्स के साथ शुरू करें जो पहले अच्छी तरह से शुरू होता है और लेजर पल्स के बाद अच्छी तरह से समाप्त होता है ताकि पूरे लेजर पल्स को कैप्चर किया जा सके। प्रकाश की समय-सीमा में विलंब के कारण ध्यान दें, क्योंकि प्रकाश में टी हैसंपूर्ण ऑप्टिकल सेटअप के माध्यम से यात्रा करना यह सुनिश्चित करने में देरी को कम करें कि तीव्रता कम नहीं हुई है नोट: 30 एनएस की एक समय खिड़की 9 एनएस पल्स के लिए पर्याप्त है। लाभ बढ़ाने के लिए, अधिकतम वोल्टेज में मल्टीचैनल-प्लेट वोल्टेज को बढ़ाएं (यहां, 850 वी)। यदि सीसीडी-कैमरा एक छोटे मल्टीचैनल-प्लेट वोल्टेज से अधिक है, तो उसे चुना जा सकता है। 4. एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर सीओ-प्रोडक्शन दर को मापने के लिए प्लाज्मा के नीचे की ओर, गैस के निकास में एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर को रखें। गैस को रासायनिक संतुलन में सुनिश्चित करने के लिए रिएक्टर से पर्याप्त स्पेक्ट्रोमीटर को रखें। वर्णित सेटअप में, प्लाज्मा से दूरी 2 मीटर थी एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर के नमूने डिब्बे में एक सेल रखो, जिसमें वैक्यूम सिस्टम के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ आउटलेट और धौंकनी। यह चित्रा 5 में रूपरेखा दिखाया गया है। सेल के प्रत्येक तरफ एक सीएएफ 2 विंडो माउंट करेंआईआर-बीम को गैस की जांच करने के लिए अनुमति दें सिग्नल की तीव्रता जितनी अधिक हो सके उतनी करीब न हो, लेकिन इससे अधिक नहीं होने तक सिग्नल लाभ को बदलें। अधिकतम स्वीकार्य तीव्रता डिवाइस से डिवाइस तक अलग हो सकती है। 'इंटरफेरोग्राम' पूर्वावलोकन पर क्लिक करें केंद्र में उच्च शिखर और कंधों पर कम तीव्रता के साथ अब एक इंटरफेरोग्राम दिखाई दे रहा है माप शुरू करने से पहले, वैक्यूम पर एक पृष्ठभूमि को मापें (<0.1 mbar) ऐसा करने के लिए सुनिश्चित करें कि रिएक्टर वैक्यूम पर है और कोई गैस प्रवाह नहीं है; फिर 'सिग्नल लेवल मॉनिटर' विंडो में 'पृष्ठभूमि' पर क्लिक करके एक पृष्ठभूमि को रिकॉर्ड करें। अधिकतम शक्ति तक बढ़कर माइक्रोवेव को चालू करें, जब तक कि प्लाज्मा प्रज्वलित न हो। प्लाज्मा इग्निशन के लिए इस्तेमाल दबाव ~ 1 एम्बर है 2,400 से 2,000 सेमी -1 की श्रेणी में स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करें; इसमें CO और मुख्य CO 2 बैंड शामिल हैं शोर को कम करने के लिए स्पेक्ट्रा औसत; 10 का मान0; औसत इस प्रयोग में इस्तेमाल किया गया था एचआईटीआरएएन-डाटाबेस 12 का इस्तेमाल करते हुए मापा सीओ लाइनों को फ़िट करें नोट: इसका परिणाम CO मात्रा अंश में होता है कुल संख्या घनत्व को खोजने के लिए दबाव मापा जाता है और इनपुट पैरामीटर के रूप में उपयोग किया जाता है। तापमान को कमरे के तापमान माना जाता है, जो कि स्पेक्ट्रम में रोविब्रानेशनल शिखरों के वितरण से उचित है। सीटू स्पेक्ट्रा में मापने के लिए, चित्र 6 और 7 में दर्शाए गए नमूने डिब्बे के अंदर रिएक्टर को रखें। रेडियल मापन को सक्षम करने के लिए क्वार्ट्ज ट्यूब के बजाय नीलम पर स्विच करें नीलमणि आईआर प्रकाश को 1,800 सेमी -1 के नीचे पहुंचाता है I सीटू माप में, प्लाज्मा में कम-से-कम 100 औसत उतार-चढ़ाव की औसत संख्या का उपयोग करें। भट्ठी माइक्रोवेव विकिरण को कम करने के लिए माइक्रोवेव शोषक सामग्री के साथ कम्पार्टमेंट की दीवारों को सजाने के लिए ( एकोसोर्ब ओसीएफ यहां इस्तेमाल किया गया था)। ध्यान रखें कि प्लाज्मा द्वारा अतिरिक्त IR- उत्सर्जन के परिणामस्वरूप इंटरफेरोग्राम संतृप्त नहीं होता है। यदि यह मामला है, तो डिटेक्टर के डीसी-ऑफसेट को बदल दें। नीलमणि 13 के तापमान पर निर्भर अवशोषण के लिए परिणामस्वरूप स्पेक्ट्रा को ठीक करना अगर तापमान को मापने के लिए एक आईआर कैमरा का उपयोग किया जाता है, तो उस कैमरे का उपयोग करें जो किसी रेंज में संवेदनशील हो, जिसके लिए नीलम पारदर्शी नहीं है, यानी 6 माइक्रोन से अधिक है, ताकि प्लाज्मा के बजाय ट्यूब तापमान मापा जा सके। नोट: तापमान के एक समारोह के रूप में नीलमणि के अवशोषण के लिए अनुशंसित मूल्य 14 में पाए जा सकते हैं।

Representative Results

इस खंड में, प्रवाहित प्लाज्मा रिएक्टर के लिए प्रतिनिधि परिणाम प्रस्तुत किए जाते हैं। यह पाया जाता है कि सीओ-रूपांतरण विशिष्ट ऊर्जा के साथ रैखिक रूप से वृद्धि करने के लिए दिखाया गया है, जब तक कि 2.2 ईवी / अणु नहीं हो। ऊर्जा दक्षता η के रूप में गणना की जाती है: यहाँ α मापा रूपांतरण, क्ष आणविक गैस प्रवाह की दर, इनपुट शक्ति में ΔE = 2.7 eV शुद्ध पृथक्करण ऊर्जा, और पी है। मापा रूपांतरण (अगले पैराग्राफ़ में समझाया) का उपयोग करके, हम प्लाज्मा रिएक्टर की ऊर्जा दक्षता पा सकते हैं, जिसे विभिन्न दबावों और शक्तियों के लिए प्लॉट किया गया है और चित्रा 8 ए और 8 बी में 13 एसएलएम की एक निश्चित प्रवाह दर है। प्लाज्मा जनसंपर्क4% तक की ऊर्जा दक्षता के साथ सीओ 2 से सीओ परिवर्तित करने में सक्षम, जो कि अधिक से अधिक थर्माइडिनैंकिक दक्षता 5 के बराबर है। यद्यपि यहां बताया गया दक्षता थर्मल पृथक्करण के करीब है, यह साबित करता है कि एक गैर-संतुलन प्लाज्मा मापा अनुवादित तापमान पर संतुलन की तुलना में एक उच्च CO मात्रा अंश का उत्पादन कर सकता है। थर्मल पृथक्करण पर एक बड़ा लाभ यह है कि प्रतिक्रिया को बदला जा सकता है कुछ सेकंड में या बंद, जो उभरती बिजली उत्पादन को कम करने के लिए आवश्यक है इसके अलावा, इलेक्ट्रान एनर्जी डिस्ट्रीब्यूशन फ़ंक्शन (ईईडीएफ) को सिलाई करके दक्षता में वृद्धि करने की क्षमता है। हम अब निकास के लिए प्राप्त परिणामों पर ध्यान केंद्रित करते हैं। सीओ-एकाग्रता को आईआर अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा मापा जाता है। चित्रा 9 ए और 9 बी में , एक प्रतिनिधि स्पेक्ट्रम दिखाया गया है। एक ते में फिट परिणाम29 9 .36 के बीच का तापमान और 14.7% के रूपांतरण मापा डेटा (नीला) फिट डेटा (हरा) के साथ अच्छी तुलना में है। चूंकि निकास का तापमान कमरे के तापमान के नजदीक है, चूंकि फिटिंग प्रक्रिया में एक निश्चित पैरामीटर के रूप में तापमान छोड़ना संभव है। इसके बाद, सीटू माप में चर्चा की जाती है। रेले प्रकाश की तीव्रता की व्याख्या करते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि रेली के क्रॉस सेक्शन में प्रतिक्रिया उत्पादों – सीओ, ओ और ओ 2 – सीओ 2 15 , 16 से काफी अलग हैं। नमूना मात्रा संरचना की जानकारी उपलब्ध है, तो यह समस्या केवल हल हो सकती है। यदि रमन स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड किया जा सकता है, तो यह उत्पादों के स्थानीय संख्या घनत्व का अनुमान लगाने के लिए CO-अणु के रमन स्पेक्ट्रम पर नजर रखने के लिए सुझाव दिया गया है। घूमने वाली रोशनी, थॉमसन और रेले के बिखरने को खत्म करने के लिए इस मामले में एक पोलराइजर का उपयोग किया जा सकता है, जबकि घूर्णन की तीव्रता को कम करते हुएIonal रमन केवल एक कारक द्वारा प्रकाश बिखरे हुए 3/7 17 अगर रमन स्पेक्ट्रम को मापा नहीं जा सकता है क्योंकि रेले शिखर पर्याप्त रूप से कम नहीं है, रूपांतरण का अनुमान संतुलन रूपांतरण के आधार पर किया जा सकता है (देखें संदर्भ 7 , 20 )। यद्यपि यह गैर-संतुलन की स्थिति के कारण बढ़े हुए उत्पादन की उपेक्षा करता है, लेकिन इस सरलीकरण को सही ठहराने के लिए गैस का तापमान काफी ऊंचा है। चित्रा 10 में , तापमान डेटा अलग-अलग रेले क्रॉस वर्गों के साथ दिखाया गया है। यह पाया गया कि प्लाज्मा के किसी भी अनुकूलन के बिना, प्लाज्मा सेंटर में गैस 5,000 किलोमीटर तक के तापमान तक पहुंच सकती है। यह आर प्लास्स में दिखाया गया है कि थॉमसन बिखरने और उत्साहित प्रजातियों से बिखरने महत्वपूर्ण हो जाता है अगर तापमान क्रम पर पहुंच जाता है 10,000 के 18 , 1 9 , 20 की , जिससेतापमान माप अविश्वसनीय 1 948 के रेले और थॉमसन बिखरने के लिए विभेदक अंतर वर्गों के मूल्यों को देखते हुए क्रमशः 0.1 9 · 10 -30 मी 2 और 7.94 · 10 -30 मी 2 , एक ionization डिग्री 1.9 · 10-4 के लिए थॉमसन योगदान 1 के लिए आवश्यक होगा %। यह बहुत अधिक की तुलना में आयनीकरण डिग्री प्लाज्मा में उपस्थित रहने की भविष्यवाणी की है 1 · 10 -6 से 8 · 10 -5 की (Fridman 5, p294)। सीटू में एफटीआईआर-माप 2.0 एसएलएम के प्रवाह पर था और एक समानतापूर्ण प्लाज्मा बनाने के लिए 5 एमबार का एक काफी कम दबाव था, जो एक विश्वसनीय मार्ग-एकीकृत माप सुनिश्चित करता है। इसका यह भी अर्थ है कि प्लाज्मा ही दीवार को छूता है और गरम करता है। बहुत गर्म होने से दीवार को रोकने के लिए बिजली केवल 30 डब्ल्यू करने के लिए कम हो जाता है हालांकि सह-निर्माण इस कम बिजली और दबाव में न के बराबर है, सीटूएफटीआईआर अभी भी सीओ 2 प्लाज्मा की गतिशीलता में प्रासंगिक अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। स्पेक्ट्रा को 0.125 सेमी -1 के संकल्प के साथ दर्ज किया गया था स्पेक्ट्रम एचपीआई के आधार पर एक मॉडल के साथ फिट था, हिटर 12 के एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस। अलग-अलग कंपन के सामान्य मोड के लिए अलग तापमान शामिल करने के लिए कोड को संशोधित किया गया था। एक एकल तापमान टी 12 दोनों सममित खंड और झुकाव मोड के लिए इस्तेमाल किया गया था, क्योंकि फर्मी-अनुनाद दो सामान्य मोडों के बीच तेजी से छूट की गारंटी देता है। जैसा कि चित्र 11 में दिखाया गया है फिट का परिणाम है, टी = 700 कश्मीर, टी 12 = 1250 कश्मीर, और टी 3 = 1500 कश्मीर है। लगा हुआ दबाव 10 एमबार था। दबाव का विस्तार करने वाले स्थिरांकों के लिए एक कम तापमान पर असमान गुणांक के लिए इस आक्षेप से क्षतिपूर्ति की संभावना है। Rayleigh बिखराव के साथ मिला गैस का तापमान ओ से भिन्न हो सकता हैने एफटीआईआर के साथ पाया, चूंकि रेले बिखराव स्थानीय तापमानों को मापता है जबकि एफटीआईआर स्पेक्ट्रा लाइन एकीकृत हैं। चित्रा 1 : रेली क्रॉस सेक्शन का तापमान निर्भरता रेली का क्रॉस सेक्शन जो परिणाम उत्पादों के लिए अलग-अलग वर्गों से होता है। थर्मल संतुलन में एक रिश्तेदार प्रजातियों के तिल भिन्नों की गणना करने के लिए माना जाता है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें चित्रा 2 : रेले माप के लिए ऑप्टिकल सेटअप एक लेंस फोकूलेजर प्रकाश को क्वार्ट्ज ट्यूब केंद्र में ले जाया गया वेवगाइड ने माइक्रोवेव को प्लाज्मा में लॉन्च किया, लेजर के फोकस में तैनात किया। सवार में छेद लेजर तार के लिए ऑप्टिकल पहुंच प्रदान करता है। स्पेक्ट्रोमीटर में (1) प्रवेश द्वार का टुकड़ा, (2) एक स्टीयरिंग मिरर, (3) लिट्रो लेंस, (4) फैलानेवाला झंझरी, (5) इमेज इन्सेंसिफायर, (6) और (7) फोकस लेंस, और (8 ) सीसीडी कैमरा इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें चित्रा 3 : सेटअप की तस्वीरें ( ए ) माइक्रोवेव एडैप्टर और ऑप्टिकल फाइबर सहित वैक्यूम सेटअप की तस्वीर ( बी ) लिट्रो लेंस और विवर्तन झंझरी visibl के साथ, स्पेक्ट्रोमीटर के अंदर की तस्वीर ई। ( सी ) सीसीडी कैमरा के लिए तेज प्रकाश की छवि के लिए लेंस प्रणाली का चित्र। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें चित्रा 4 : दबाव के कार्य के रूप में मापा तीव्रता समय के विभिन्न बिंदुओं के लिए दबाव के एक समारोह के रूप में मापा रेली स्कैटरिंग। नीली ठोस रेखा डेटा के एक रैखिक फिट का प्रतिनिधित्व करती है। त्रुटि सलाखों के दबाव गेज की पूर्ण त्रुटि का संकेत मिलता है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें 066 / 55066fig5.jpg "/> चित्रा 5 : एफटीआईआर गैस निकास विश्लेषण सेटअप की योजनाबद्ध ड्राइंग एक गैस सेल एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर के नमूना डिब्बे में रखा गया है। सेल निकासी के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है जिससे गैस इसके माध्यम से बह रही है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें चित्रा 6 : स्वस्थानी एफटीआईआर सेटअप में स्वस्थानी एफटीआईआर सेटअप में योजनाबद्ध चित्र प्रवाह ट्यूब ईमानदार है और नीचे से ऊपर से गैस प्रवाह है। ट्यूब एफटीआईआर बीम के फोकस में है। कृपया एक बड़ी वाणी देखने के लिए यहां क्लिक करेंइस आंकड़े पर चित्रा 7 : बगल में एफटीआईआर सेटअप की तस्वीरें एफटीआईआर-स्पेक्ट्रोमीटर के नमूना डिब्बे में तरंगग्राही के साइड ( ए ) और टॉप ( बी ) दृश्य वाउगाइड के शीर्ष पर धौंकनी वैक्यूम पंप से जुड़े हैं और रिएक्टर के लिए निकास के रूप में कार्य करते हैं। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें 8 चित्रा : प्रतिनिधि ऊर्जा दक्षता और रूपांतरण दक्षता ग्राफ ( ए ) में, ऊर्जा दक्षता के लिएआरए ठेठ प्लाज्मा को लागू माइक्रोवेव पावर के एक समारोह के रूप में दर्शाया गया है, जिसमें 127 से 279 एम्बर तक का दबाव है। ग्राफ ( बी ) में, रूपांतरण दक्षता को दर्शाया गया है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें 9 चित्रा : प्रतिनिधि अवरक्त (आईआर) एसओ के अवशोषण स्पेक्ट्रम ग्राफ़ ( ए ) गैस निकास (नीली डॉट्स) के आईआर अवशोषण स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। हरे रंग की ठोस रेखा से पता चलता है कि कम से कम वर्गों को डेटा के लिए फिट होता है। फिट परिणाम टी = 299.36 के और α = 14.7% हैं। ज़ूम इन-इन तस्वीर को ( बी ) में दिखाया गया है। कृपया एक बड़े देखने के लिए यहां क्लिक करेंइस आंकड़े का आर संस्करण 10 चित्रा : मापा गैस का तापमान इस ग्राफ़ में, रेलेय बिखराव से मापा गया प्लाज्मा केंद्र का गैस तापमान विभिन्न दबावों के लिए ऊर्जा इनपुट के एक समारोह के रूप में दिखाया गया है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें 11 चित्रा : प्लाज्मा मुक्ति के स्वस्थानी आईआर अवशोषण स्पेक्ट्रम में ग्राफ़ ( ए ) सीओ 2 डिस्चार्ज के मापा आईआर अवशोषण स्पेक्ट्रम दिखाता है नीली रेखा वें सबसे अच्छी फिट देती हैटी = 700 के साथ ई डेटा (हरे रंग के अंक), टी 12 = 1,250 के, और टी 3 = 1,500 के। लाल रेखा फिट के अवशेष देता है। तस्वीर में ज़ूम इन देखा जा सकता है ( बी ) में। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें आयनीकरण पृथक्करण eV eV सीओ 2 13.77 5.52 सीओ 14.01 11.16 ओ 2 12.07 5.17 एन 2 15.58 9.8 सीएच 4 12.51 4.54 सीएच 3 9.84 4.82 सीएच 2 10.4 4.37 सीएच 10.64 3.51 एच 2 15.43 4.52 तालिका 1: सामान्य प्रजातियों और उत्पादों के आयनकरण और पृथक्करण ऊर्जा

Discussion

दोनों रासायनिक उद्योग के विद्युतीकरण और अक्षय ऊर्जा में अंतर को कम करने के लिए, स्थायी प्रणाली में रसायन विज्ञान को चलाने के लिए सतत प्रवाह रिएक्टरों की आवश्यकता होती है। यह पहचाना गया है कि निरंतर प्रवाह रिएक्टर रासायनिक उद्योग ²¹ में क्रांति करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे। अधिक विशेष रूप से, प्लाज्मा रिएक्टर को उनकी सादगी, कॉम्पैक्टेशन और कम कीमत ^{22 के} कारण सीओ ₂ तटस्थ ईंधन के उत्पादन में रासायनिक संयंत्रों के व्यावसायिक रूप से आकर्षक विकल्प के रूप में पहचान की गई है। कोरोना डिस्पर्च ²⁴ ^, ²⁵ ^, ²⁶ , नैनोसेकंड स्पंदित डिस्चार्ज ²⁷ , सूक्ष्म खोखले कैथोड डिस्चार्ज ²⁸ , माइक्रोप्रकाशमास सहित, सीओ ₂ ²³ के विघटन के लिए प्लाज्मा टेक्नोलॉजीज की एक विस्तृत श्रृंखला प्रस्तावित की गई है।"Xref"> 29, ढांकता हुआ बाधा ³⁰ ^, ³¹ ^, ³² ^, ³³ _, ग्लाइडिंग आर्क्स ³⁴ ^, ³⁵ _, और माइक्रोवेव प्लैसस ³⁷ ^, ³⁸ डिस्चार्ज। इन बेहद अलग-अलग प्रौद्योगिकियों में से, माइक्रोवेव प्लाज्मा और ग्लाइडिंग चाप को केडब्ल्यू रेंज में सर्वोच्च शक्ति के साथ संचालित किया गया है, और माइक्रोवेव डिस्चार्ज के लिए सर्वश्रेष्ठ क्षमताएं, 40% ग्लाइडिंग आर्क के लिए और 60-80% का पता चला है। माइक्रोवेव प्लाज्मा और ग्लाइडिंग चाप रिएक्टर दोनों को उच्च शक्ति पर चलाया जा सकता है, जो कि ~ 100 केडब्ल्यू तक स्केलिंग के लिए एक आवश्यक शर्त है, जो एक व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए अनुमानित है। माइक्रोवेव प्लाज्मा का संचालन सीओ _{2 के} असंतुलन तक सीमित नहीं है और इसका उपयोग मीथेन सुधार और नाइट्रोजन निर्धारण के लिए भी किया जा सकता है। माइक्रोवेव रिएक्टर का मुख्य दोष कम Pres हैअनुकूलतम परिस्थितियों में यकीन है कि (100 एम्बार), जो अधिकतम गैस थ्रूपुट को सीमित करता है।

वर्णित प्रक्रिया सीओ _{2 के} साथ प्रदर्शित हुई थी, लेकिन इसका उपयोग सीएच ₄ , एन ₂ या अन्य स्थिर अणुओं के सक्रियण के लिए परिवर्तन के बिना किया जा सकता है। इनमें से अधिकतर मामलों में, विभिन्न आईआर बैंड को मापा जाना चाहिए, जो एनएच ₃ , एन _एक्स , सी ₂ एच ₂ , सी ₂ एच ₄ , आदि जैसे अपेक्षित उत्पादों से मेल खाती हैं । मीथेन प्लाज्मा चलाना कवक के रूप में बोझिल हो सकता है – एक प्रतिक्रिया उत्पादों की – दीवारों के लिए जमा है और माइक्रोवेव को अवशोषित करेगा, प्लाज्मा को प्रभावी ढंग से बुझाना। यद्यपि उच्च VT- ट्रांसफर दर के कारण कंपन पम्पिंग सीमेंट _{2 की} तुलना में मीथेन में कम प्रभावी है, प्लाज्मा-कटैलिसीस फिर भी मीथेन (फ्रिडमैन ⁵ , पृष्ठ 688) के लिए लाभप्रद हो सकता है।

सटीक रेलेय बिखराव माप एक में प्राप्त करना मुश्किल हैसूख कणों पर मई बिखरने के परिणामस्वरूप उच्च आवारा प्रकाश योगदान की वजह से, सूप-गठन प्लाज्मा यद्यपि यह रेलेय माप को पेचीदा करता है, लेकिन इसका उपयोग ^{3 9 के} बजाय कण कणों की घनत्व को मापने के लिए किया जा सकता है। रमन बिखराव इस माहौल में तापमान को मापने के लिए एक आकर्षक विकल्प प्रदान कर सकता है, क्योंकि यह भटकाव प्रकाश को अलग-अलग पहचानने के लिए अनुमति देता है और (रमन) बिखरे प्रकाश घटकों रमन बिखराव का एकीकरण समय ~ 20 मिनट के क्रम में है, ताकि प्लाज्मा में उतार-चढ़ाव औसत हो। सिस्टम के हीटिंग जैसे केवल दीर्घकालिक प्रभाव माप को प्रभावित कर सकते हैं, क्योंकि यह थोड़ा रिएक्टर में दबाव बढ़ाता है।

स्पष्ट रूप से भटका प्रकाश और रेलेय बिखरे प्रकाश के बीच बड़े वर्णक्रमीय ओवरलैप के कारण, आवारा प्रकाश दमन के महत्व (कालिख की अनुपस्थिति में भी) अतिरंजित नहीं हो सकता। आवारा प्रकाश ठीक से कम किया जा सकता हैलेबोर की फोकल दूरी बढ़ाना और लंबाई तय करना, और ट्यूब व्यास में वृद्धि करना। वैक्यूम बीम डंप का उपयोग आवारा प्रकाश के स्तर को कम कर देता है क्योंकि इससे बाहर निकलने की खिड़की समाप्त हो जाती है। वैकल्पिक रूप से, ब्रेवरीटर विंडो के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है जैसा कि पहले वर्णित है, रचना के कुछ ज्ञान आवश्यक हैं (या तो मापा या सिम्युलेटेड) विभिन्न रेले क्रॉस सेक्शन के लिए ठीक से खाते के लिए।

बहते हुए माइक्रोवेव प्लाज्मा ने खुद को 50% तक की ऊर्जा दक्षता, फास्ट स्विचिंग की लचीलेपन और केवल सस्ती सामग्री का उपयोग करके रसायन शास्त्र को चलाने का एक व्यवहार्य तरीका साबित किया है। केंद्र में दर्ज तापमान हालांकि, उच्च कंपन के अधिक जनसंख्या के लिए अनुकूल है जो की तुलना में काफी अधिक है। तापमान कम करके, यहां तक कि उच्च ऊर्जा क्षमताएं भी प्राप्त की जा सकती हैं। हालांकि बिजली कम करने ( उदाहरण के लिए , 200 डब्ल्यू) रिएक्टर के अतिरिक्त अनुकूलन के बिना गैस तापमान को कम करेगा, हालांकिभी दक्षता कम करती है

तापमान को कम करने के दो अन्य तरीके यहां सुझाए गए हैं। पहला तरीका है माइक्रोवेव पावर को पल्स करना विशिष्ट वीटी-विश्राम के समय के बजाय दालों में शक्ति को लागू करने से, गैस दालों के बीच शांत हो सकती है और परिणामस्वरूप, वीटी-विश्राम में कम शक्ति खो जाती है इसके बदले में इसका अर्थ है कि कंपन को पंपिंग में निवेश किया जाता है जो कुशल पृथक्करण को बढ़ावा देता है। वीटी-विश्राम का समय कमरे के तापमान पर 70 μ और 100 एमबार ^{40 है} , जो पल्स ऑन-टाइम के लिए ऊपरी सीमा के रूप में कार्य करता है। स्पंदन केवल प्लाज्मा व्यवस्था में दक्षता बढ़ा सकते हैं जहां मुख्य रूपांतरण मार्ग गैर-संतुलन रूपांतरण से होता है। दक्षता बढ़ाने का दूसरा तरीका ईईडीएफ ⁸ को तैयार करने के लिए क्षार की अशुद्धियों को जोड़ना है। ईईडीएफ को नियंत्रित करके, और विशेष रूप से इलेक्ट्रॉन तापमान में, इलेक्ट्रॉन अधिक ऊर्जा से आणविक कंपन को अपनी ऊर्जा स्थानांतरित कर सकते हैं, जोफिर से उच्च कंपन के स्तर को बढ़ावा देने के परिणामस्वरूप अत्यधिक कुशल प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक हैं।

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

शेल, फाउंडेशन फॉर फंडामेंटल रिसर्च ऑन मैटर (एफओएम), और नीदरलैंड ऑर्गनाइजेशन फॉर सायंटिफिक रिसर्च (एनडब्ल्यूओ) द्वारा समर्थित 'सीओ _2- न्यूट्रल ईंधन' कॉल द्वारा इस काम को वित्त पोषित किया गया था। लेखकों ने हमें अपनी प्रयोगशाला की जगह और सामान्य रूप से उनके उदार समर्थन का उपयोग करने की इजाजत देने के लिए एडी वैन वेल्डुइज़ेन, अन्ना सोबोता और संदर निजडम का शुक्रिया अदा करना चाहूंगा।

Materials

1kW magnetron	Muegge	MW-GIRYJ1540-1K2-08
Circulator with water load	Philips	2722 163 02101
3-stub tuner	IBF-electronic	WR340PTUN3AC174A
Applicator with sliding short	homemade
17mm ID / 20 mm OD Quartz tube	Saillart	custom
27mm ID / 30 mm OD Quartz tube	Saillart	custom
18mm ID / 20 mm OD Sapphire tube	Precision Sapphire Technologies	custom
KF-vacuum flanges	Hositrad
Mass flow controller	Tylan/Brooks	FC-2901V-4V
MFC control unit	MKS	PR-3000
Pressure guage	Edwards	ASG-2000
Vacuum pump	Edwards	E2M18
Nd:YAG laser	Continuum	Powerlite DLS 8000
AR-coated window	Eksma Optics	210-1202E + 3025-i0 (coating)
Diffraction grating	Jobin Yvon	520-25-120
Image Intensifier	Katod	EPM102G-04-22S
Intensifier power source	homemade
Spectrometer lens 1	Nikon	135mm f/2 DC
Spectrometer lens 2	Nikon	AF-S 85 mm f/1.8g
CCD-camera	Allied Optics	Manta G-145B
FTIR-spectrometer (exhaust)	Varian/Agilent	Cary 670
FTIR-spectrometer (in-situ)	Bruker	Vertex 80v
CaF2 windows	Crystran	CAFP25-2U

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van den Bekerom, D., den Harder, N., Minea, T., Gatti, N., Linares, J. P., Bongers, W., van de Sanden, R., van Rooij, G. Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry. J. Vis. Exp. (126), e55066, doi:10.3791/55066 (2017).