一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置的制作方法

1.本发明涉及，特别是一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置。


背景技术：

2.二氧化碳过度排放是全球变暖、极端天气和荒漠化等全球环境变化的主要诱导因素。按照现在二氧化碳的排放速度，预计2050年，全球气温比现在升高3℃左右，届时海平面上升，大量的陆地被淹没，世界会陷入灾难之中。在某些化工过程中(如天然气净化、无菌病房、发酵厂等)，原料气中二氧化碳的浓度控制非常严格。在某些行业里二氧化碳气体非常有用，具有较高的经济价值，常见于食品行业和原油开采业。因此，二氧化碳脱除及纯净二氧化碳分离技术开发非常重要，具有重要的社会现实意义。同时二氧化碳也是人员新陈代谢的产物，成人安静时每小时呼出二氧化碳约为15l,运动时排出量更大，当二氧化碳浓度积累到一定程度后，便会使人头晕眼花，恶心，呕吐。达到5％浓度时，人的呼吸仅能维持30分钟，当达到10％以上时，会使人失去知觉甚至死亡。因此，必须不断去除二氧化碳，控制舱室内二氧化碳浓度。
3.目前，室内低浓度二氧化碳的去除方法主要有物理吸附法、膜分离法、金属化合物吸收法、醇胺吸收法等。这些方法都有各自优点，但大部分存在寿命短、效率低等缺点。
4.本发明提供一种可用于二氧化碳分解的等离子体发生装置，该装置基于催化技术和等离子体技术的结合。装置内壁上的催化剂涂层采用zno改性和氨基修饰，活性组分分布均匀，增强二氧化碳表面活化效果，与二氧化碳之间的作用力更强，进一步增强等离子体对二氧化碳的分解效果。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，催化剂涂层采用zno进行改性，增强表面活化效果，能够活化二氧化碳的碳氧键，能够有效解决吸附材料与二氧化碳吸附作用力不强导致二氧化碳溢出的问题。
6.本发明所采用的等离子体发生装置能够产生高能等离子体，提供二氧化碳分解所需要的能量，同时通过内表面的催化剂涂层能够更进一步对二氧化碳分子进行吸附分解。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管，所述介质管的上端连接出气口，所述介质管的下端连接进气口，所述出气口、进气口均为通孔与介质管连通，所述介质管设有高压电极，所述介质管的内部设有催化涂层。
8.作为本发明的进一步改进：所述介质管通过陶瓷材料制成。
9.作为本发明的进一步改进：所述高压电极通过金属材料制成。
10.作为本发明的进一步改进：所述高压电极通过贯穿介质管的内部进行连接。
11.作为本发明的进一步改进：所述高压电极的两端与介质管的两端位于同一平面
上。
12.作为本发明的进一步改进：所述介质管中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中。
13.作为本发明的进一步改进：所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水。
14.作为本发明的进一步改进：所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h。
15.作为本发明的进一步改进：所述高压电极的交流电压范围为5-20kv。
16.作为本发明的进一步改进：所述进气口通入1l/min的二氧化碳气体。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明可持续高效地吸附分解二氧化碳，基于催化技术和等离子体技术的结合。装置内壁上的催化剂涂层采用zno改性和氨基修饰，活性组分分布均匀，增强二氧化碳表面活化效果，与二氧化碳之间的作用力更强，进一步增强等离子体对二氧化碳的分解效果，并且制备工艺简单，生产成本低廉，易于实施，具有良好的经济效益和社会价值。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为本发明的竖剖视结构示意图；
21.图3为本发明的横剖视结构示意图；
22.图中：1、介质管；2、出气口；3、进气口；4、高压电极；5、催化涂层。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：如图1-3所示的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管1，所述介质管1的上端连接出气口2，所述介质管1的下端连接进气口3，所述出气口2、进气口3均为通孔与介质管1连通，所述介质管1设有高压电极4，所述介质管1的内部设有催化涂层5。
27.作为优选的实施方式，所述介质管1通过陶瓷材料制成。
28.作为优选的实施方式，所述高压电极4通过金属材料制成。
29.作为优选的实施方式，所述高压电极4通过贯穿介质管1的内部进行连接。
30.作为优选的实施方式，所述高压电极4的两端与介质管1的两端位于同一平面上。
31.作为优选的实施方式，所述介质管1中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中。
32.作为优选的实施方式，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水。
33.作为优选的实施方式，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h。
34.作为优选的实施方式，所述高压电极4的交流电压范围为5-20kv。
35.作为优选的实施方式，所述进气口3通入1l/min的二氧化碳气体。
36.本发明的工作原理：
37.1、本发明采用共浸渍法，装置内表面高效快捷负载催化剂涂层，催化剂涂层采用zno进行改性，增强表面活化效果，能够活化二氧化碳的碳氧键，能够有效解决吸附材料与二氧化碳吸附作用力不强导致二氧化碳溢出的问题；
38.2、本发明使用等离子体技术和催化技术的耦合，产生高能等离子体，提供二氧化碳分解所需要的能量，同时通过内表面的催化剂涂层能够更进一步对二氧化碳分子进行吸附分解，协同作用下增强二氧化碳表面活化效果，二氧化碳分解能力更强。
39.实施案例一：
40.如图1-3所示的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管1，所述介质管1的上端连接出气口2，所述介质管1的下端连接进气口3，所述出气口2、进气口3均为通孔与介质管1连通，所述介质管1设有高压电极4，所述介质管1的内部设有催化涂层5。
41.所述介质管1通过陶瓷材料制成，所述高压电极4通过金属材料制成，所述高压电极4通过贯穿介质管1的内部进行连接，所述高压电极4的两端与介质管1的两端位于同一平面上，所述介质管1中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h，所述高压电极4的交流电压范围为5-20kv，所述进气口3通入1l/min的二氧化碳气体。
42.本实施例所述的装置是基于等离子体技术和催化技术的耦合，创新性的将催化剂制备于等离子体发生装置的内壁涂层，在催化剂表面进行dbd放电，利用催化剂表面的活性组分，增强表面活化效果，能够活化二氧化碳的碳氧键，能够有效解决二氧化碳吸附作用力不强导致二氧化碳溢出的问题。
43.实施案例二：
44.如图1-3所示的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管1，所述介质管1的上端连接出气口2，所述介质管1的下端连接进气口3，所述出气口2、进气口3均为通孔与介质管1连通，所述介质管1设有高压电极4，所述介质管1的内部设有催化涂层5。
45.所述介质管1通过陶瓷材料制成，所述高压电极4通过金属材料制成，所述高压电极4通过贯穿介质管1的内部进行连接，所述高压电极4的两端与介质管1的两端位于同一平面上，所述介质管1中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h，所述高压电极4的交流电压范围为5-20kv，所述进气口3通入1l/min的二氧化碳气体。
46.本发明利用等离子体放电产生的能量，直接作用于二氧化碳气体，打断二氧化碳
气体分子中c＝o键，高效分解二氧化碳。
47.实施案例三：
48.如图1-3所示的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管1，所述介质管1的上端连接出气口2，所述介质管1的下端连接进气口3，所述出气口2、进气口3均为通孔与介质管1连通，所述介质管1设有高压电极4，所述介质管1的内部设有催化涂层5。
49.所述介质管1通过陶瓷材料制成，所述高压电极4通过金属材料制成，所述高压电极4通过贯穿介质管1的内部进行连接，所述高压电极4的两端与介质管1的两端位于同一平面上，所述介质管1中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h，所述高压电极4的交流电压范围为5-20kv，所述进气口3通入1l/min的二氧化碳气体。
50.本实施例中等离子体发生装置可以根据实际应用条件来选择装置的体积及放电电压。
51.实施例四：
52.如图1-3所示的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管1，所述介质管1的上端连接出气口2，所述介质管1的下端连接进气口3，所述出气口2、进气口3均为通孔与介质管1连通，所述介质管1设有高压电极4，所述介质管1的内部设有催化涂层5。
53.所述介质管1通过陶瓷材料制成，所述高压电极4通过金属材料制成，所述高压电极4通过贯穿介质管1的内部进行连接，所述高压电极4的两端与介质管1的两端位于同一平面上，所述介质管1中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h，所述高压电极4的交流电压范围为5-20kv，所述进气口3通入1l/min的二氧化碳气体。
54.高压电极4的金属材质材料优选为不锈钢、铁、铜等导电材料。
55.实施例五：
56.如图1-3所示的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管1，所述介质管1的上端连接出气口2，所述介质管1的下端连接进气口3，所述出气口2、进气口3均为通孔与介质管1连通，所述介质管1设有高压电极4，所述介质管1的内部设有催化涂层5。
57.所述介质管1通过陶瓷材料制成，所述高压电极4通过金属材料制成，所述高压电极4通过贯穿介质管1的内部进行连接，所述高压电极4的两端与介质管1的两端位于同一平面上，所述介质管1中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h，所述高压电极4的交流电压范围为5-20kv，所述进气口3通入1l/min的二氧化碳气体。
58.本实施例涉及到的催化涂层制备流程如下：
59.将铵盐和氧化锌前体盐按照一定的质量比例(mnh4：mzn＝1-10)在搅拌作用下溶解在乙醇中，然后在所得溶液中加入陶瓷的介质管1中，滴加一定量氨水，调节ph＝8-11，搅拌1-5h，蒸发溶剂，100℃-200℃的烘箱中干燥2～6h，得到最终复合材料。
60.实施案例六：
61.如图1-3所示的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管1，所述介质管1的上端连接出气口2，所述介质管1的下端连接进气口3，所述出气口2、进气口3均为通孔与介质管1连通，所述介质管1设有高压电极4，所述介质管1的内部设有催化涂层5。
62.所述介质管1通过陶瓷材料制成，所述高压电极4通过金属材料制成，所述高压电极4通过贯穿介质管1的内部进行连接，所述高压电极4的两端与介质管1的两端位于同一平面上，所述介质管1中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h，所述高压电极4的交流电压范围为5-20kv，所述进气口3通入1l/min的二氧化碳气体。
63.所述铵盐为碳酸铵、硝酸铵、氯化铵中的至少一种；所述氧化锌前体盐为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌中的至少一种。
64.实施案例七：
65.如图1-3所示的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管1，所述介质管1的上端连接出气口2，所述介质管1的下端连接进气口3，所述出气口2、进气口3均为通孔与介质管1连通，所述介质管1设有高压电极4，所述介质管1的内部设有催化涂层5。
66.所述介质管1通过陶瓷材料制成，所述高压电极4通过金属材料制成，所述高压电极4通过贯穿介质管1的内部进行连接，所述高压电极4的两端与介质管1的两端位于同一平面上，所述介质管1中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h，所述高压电极4的交流电压范围为5-20kv，所述进气口3通入1l/min的二氧化碳气体。
67.1、本装置进气口通入1l/min的二氧化碳气体，给装置施加vpp＝5～20kv的交流电压，测试进出气口的二氧化碳浓度变化，计算二氧化碳转化率为99％；
68.2、本装置无催化涂层5，使用普通的陶瓷介质管1，进气口3通入1l/min的二氧化碳气体，给装置施加vpp＝5～20kv的交流电压，测试进出气口的二氧化碳浓度变化，计算二氧化碳转化率为75％；
69.由以上的对比可知，第一种等离子体发生装置具有良好的二氧化碳分解效果，尤其增加催化涂层后，二氧化碳分解效果得到进一步提升。
70.本发明的主要功能：
71.本发明可持续高效地吸附分解二氧化碳，基于催化技术和等离子体技术的结合。装置内壁上的催化剂涂层采用zno改性和氨基修饰，活性组分分布均匀，增强二氧化碳表面活化效果，与二氧化碳之间的作用力更强，进一步增强等离子体对二氧化碳的分解效果，并且制备工艺简单，生产成本低廉，易于实施，具有良好的经济效益和社会价值。
72.综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

技术特征：
1.一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，包括介质管，所述介质管的上端连接出气口，所述介质管的下端连接进气口，所述出气口、进气口均为通孔与介质管连通，所述介质管设有高压电极，所述介质管的内部设有催化涂层。2.根据权利要求1所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所述介质管通过陶瓷材料制成。3.根据权利要求1所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所述高压电极通过金属材料制成。4.根据权利要求1所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所述高压电极通过贯穿介质管的内部进行连接。5.根据权利要求1所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所述高压电极的两端与介质管的两端位于同一平面上。6.根据权利要求1所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所述介质管中含有铵盐和氧化锌的溶液，所述铵盐和氧化锌的溶液在搅拌下溶解在乙醇中。7.根据权利要求6所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所述铵盐和氧化锌的溶液加入氨水。8.根据权利要求7所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所得到的溶液ph的范围为8-11，搅拌的时间为1-5h。9.根据权利要求1所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所述高压电极的交流电压范围为5-20kv。10.根据权利要求1所述的一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，其特征在于，所述进气口通入1l/min的二氧化碳气体。

技术总结
一种用于温室气体二氧化碳分解的等离子体装置，包括介质管，所述介质管的上端连接出气口，所述介质管的下端连接进气口，所述出气口、进气口均为通孔与介质管连通，所述介质管设有高压电极，所述介质管的内部设有催化涂层；本发明可持续高效地吸附分解二氧化碳，基于催化技术和等离子体技术的结合。装置内壁上的催化剂涂层采用ZnO改性和氨基修饰，活性组分分布均匀，增强二氧化碳表面活化效果，与二氧化碳之间的作用力更强，进一步增强等离子体对二氧化碳的分解效果，并且制备工艺简单，生产成本低廉，易于实施，具有良好的经济效益和社会价值。社会价值。社会价值。


技术研发人员：伍晨迪 马明宇 王哲 罗汉兵
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/9/16